Применение стабилизаторов напряжения: классификация, потребляемая мощность

Применение стабилизаторов напряжения: классификация, потребляемая мощность

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Тема лекции: «ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ И КОМПЕНСАЦИОННЫЕ

СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА»

по дисциплине «электропитание и элементы

Тема лекции: «Параметрические и компенсационные

Стабилизаторы напряжения и тока

Учебные вопросы

Общая квалификация и основные параметры стабилизаторов.

Параметрические стабилизаторы напряжения и тока.

Компенсационные стабилизаторы постоянного тока

C непрерывным регулированием.

1. Бушуев В. М., Деминский В. А. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: учеб. пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2011. – с. 194 – 143.

Общая квалификация и основные параметры стабилизаторов

Дестабилизирующие факторы. Напряжение питающей сети практически никогда не остается постоянным и может меняться в широких пределах. Многие электротехнические и радиоэлектронные устройства РЭС питаются от источников, выходное напряжение или ток которых должны оставаться почти неизменными при изменении дестабилизирующих факторов в широком пределах.

Основными дестабилизирующими факторами, вызывающими изменение напряжения (тока) электроприемников ИВЭ являются: колебания питающих напряжений сети; изменения потребляемой приемником мощности; колебания частоты тока сети; изменения температуры окружающей среды, изменения давления, ионизирующие излучения и другие.

Изменения питающих напряжений возникают из-за нестабильности напряжения питающей сети. Большая часть приемников питается от промышленной сети переменного напряжения с частотой 50 Гц. Колебания напряжения сети могут достигать 10. 15% от номинального значения. При питании устройств РЭСБН от маломощных энергетических сетей или от автономных источников колебания напряжения могут достигать 15. 20%, а иногда и более.

Изменение тока приводит к изменению падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника и сопротивлениях соединительных проводов. Чем больше внутреннее сопротивление источника и сопротивления соединительных проводов, тем большими будут изменения напряжения.

Различные электротехнические устройства допускают различную нестабильность напряжения питания dU = (DUвых/Uвых.ном). Так, например, для приборов автоматики и телемеханики она не должна превышать 5. 10%, для выходных каскадов радиоприемных устройств – 3. 5%, для электронного микроскопа – она не должна превышать 0.005%.

Поскольку колебания вышеуказанных дестабилизирующих факторов могут носить плавный, медленно изменяющийся характер или происходить скачком очень быстро, а во времени эти изменения носят случайный характер, то устройство, поддерживающее значение напряжения в заданных пределах, должно работать непрерывно и автоматически.

Стабилизатором напряжения (тока или мощности) называется устройство, которое автоматически обеспечивает поддержание с требуемой точностью значения напряжения (тока или мощности) у электроприемников в требуемых пределах при влиянии дестабилизирующих факторов.

Способы стабилизации. Различают индивидуальный и централизованный способы обеспечения приемников РЭСБН стабильным напряжением. При индивидуальном способе каждый из них имеет свой отдельный стабилизатор, а при централизованном – все приемники питаются от общего стабилизатора.

Выбор способа стабилизации напряжения определяется режимами работы приемников РЭСБН, соотношением их потребляемых мощностей, конструктивными и эксплуатационными, а также экономическими особенностями. Как правило, для стабилизации переменного напряжения мощных приемников или их групп применяется централизованный способ стабилизации.

Классификация стабилизаторов. Стабилизаторы можно классифицировать по роду напряжения (тока), по мощности, точности поддержания выходного напряжения, областям применения, принципам действия.

По роду напряжения (тока) различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.

По мощности стабилизаторы подразделяются на маломощные (до 50 Вт), средней мощности (до 2 кВт) и большой мощности (свыше 2 кВт).

В зависимости от точности поддержания стабилизируемой величины в соответствии с ГОСТ 19157-73 – различают стабилизаторы низкой стабильности, если нестабильность выходного напряжения превышает 5%; средней стабильности – (1. 5%); высокой стабильности – (0.1. 1.0%); и очень высокой стабильности (прецизионные) – 0,1%.

По принципу действия стабилизаторы переменного и постоянного напряжения подразделяются на параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы и стабилизация напряжения (тока) осуществляется в результате нелинейности их вольт-амперных характеристик (ВАХ).

Компенсационные стабилизаторы строятся по принципу системы автоматического регулирования, содержащей регулирующий элемент и цепь отрицательной обратной связи. Эффект стабилизации в этих устройствах достигается посредством компенсации действия дестабилизирующего фактора и восстановления требуемого значения регулируемой величины за счет изменения параметров регулирующего элемента под действием сигнала обратной связи. В компенсационных стабилизаторах напряжения сигнал обратной связи является функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока – функцией выходного тока. В качестве регулирующего элемента в компенсационных стабилизаторах используются управляемые нелинейные элементы (транзисторы, тиристоры и др.). В зависимости от режима работы регулирующего элемента компенсационные стабилизаторы делятся на непрерывные (или линейные) и импульсные (или дискретные).

Коэффициент стабилизации. Одним из основных параметров стабилизатора напряжения является стабильность выходного напряжения. Она зависит от степени влияния дестабилизирующих факторов на характеристики элементов схемы стабилизатора. Величина колебаний напряжения потребителей оценивается коэффициентом стабилизации, который определяется для стабилизатора напряжения таким образом:

(4.1)

где Uвх.н и Uвых.н– номинальные значения входного и выходного напряжений;

DUвх и DUвых – соответствующие изменения входного и выходного напряжений;

lн – коэффициент передачи напряжения со входа на выход стабилизатора, равный lн=Uвых/Uвх.н.

Иными словами, коэффициент стабилизации по напряжению является безразмерной величиной и определяет, во сколько раз относительное изменение выходного напряжения меньше относительного изменения входного напряжения.

Численное значение коэффициента стабилизации для различных типов стабилизаторов имеет величину от единиц до нескольких тысяч.

Характеристики стабилизаторов. Важной характеристикой стабилизатора является внешняя характеристика, которая показывает характер зависимости входного напряжения стабилизатора от величины его тока нагрузки при неизменном входном напряжении (рис. 4.1):

По внешней характеристике стабилизатора определяется его выходное (внутреннее) сопротивление, которое рассчитывается как приращение выходного напряжения DUвых к приращению выходного тока DIвых при неизменном входном напряжении Uвх = const.

(4.3)

Знак “минус” показывает, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается.

Рисунок 4.1 – Внешняя характеристика стабилизатора

Другой важной характеристикой стабилизатора является его эксплуатационная характеристика, определяющая пределы изменения входного напряжения, в которых выходное напряжение остается в заданных пределах. Она характеризуется зависимостью выходного напряжения Uвых от входного Uвх при неизменной величине тока нагрузки Iвых

Характер этой зависимости представлен на рис. 4.2.

Другие параметры и показатели стабилизаторов. Для стабилизаторов постоянного (выпрямленного) напряжения характерен следующий параметр.

Температурный коэффициент стабилизатора g равен отношению приращения выходного напряжения DUвых к приращению температуры окружающей среды DТокр при неизменных входном напряжении и токе нагрузки (Uвх = const; Iвых = const)

Рисунок 4.2 – Эксплуатационная характеристика стабилизатора

Температурный коэффициент стабилизатора g равен отношению приращения выходного напряжения DUвых к приращению температуры окружающей среды DТокр при неизменных входном напряжении и токе нагрузки (Uвх = const; Iвых = const)

Основным энергетическим показателем стабилизаторов напряжения является коэффициент полезного действия h, равный отношению активной мощности, отдаваемой стабилизатором приемнику, к активной мощности, потребляемой стабилизатором от сети

Стабилизаторы напряжения и тока: классификация и основные параметры

Автор: Shadrin · Опубликовано 29.01.2017 · Обновлено 06.02.2017

Зачастую сглаживающих фильтров недостаточно для надёжного энергоснабжения телекоммуникационных и мобильных систем. Чтобы минимизировать влияние отрицательных факторов таких как колебания напряжений или частоты сети, применяются устройства под названием стабилизатор.

Для начала рассмотрим что же такое стабилизатор – это прибор, который предназначен для автоматического поддержания напряжения или тока на нагрузке с определённой точностью и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов.

Выделим следующие дестабилизирующие факторы, которые отрицательно влияют на изменение напряжения или тока на нагрузке:

  1. колебания напряжения питания;
  2. частота тока питающей сети;
  3. температура окружающей среды;
  4. изменение потребляемой мощности на нагрузке.

На рисунке 1 представлена структурная схема работы устройства. На вход поступает дестабилизированное напряжение, с выхода получаем стабилизированное.

Рисунок 1 — структурная схема работы стабилизатора

Главным предназначением стабилизатора является ослабление выше перечисленных факторов.

Классификация

Стабилизирующие устройства можно разделить в зависимости от вида напряжения или тока протекающего через него на стабилизаторы переменного и постоянного тока или напряжения. И также их можно подразделить по типу: параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы строятся на основе таких нелинейных элементов, как транзисторы, стабилитроны и стабисторы и т. п. Это обусловлено тем, что благодаря их характеристикам (вольт-амперных, ампер-вольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.) ток или напряжения могут быть стабилизированы на определённом уровне. Более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Компенсационные стабилизаторы – это устройство, которое выполнено в виде системы автоматического регулирования, или другим словом содержит цепь отрицательной обратной связи. За счёт изменения параметров регулирующего элемента посредством воздействия на него сигнала обратной связи и происходит стабилизация напряжения. Схема и принцип действия более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Стабилизация тока или напряжения происходит при помощи регулирующего элемента (РЭ), который, в свою очередь, может быть расположен относительно нагрузки последовательно или параллельно. Следовательно стабилизаторы можно подразделить на схемы с последовательным включением регулирующего элемента и на схемы с параллельным включением регулирующего элемента. Пример схем с вариантом включения РЭ представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Последовательное и параллельное включение регулирующего элемента

При последовательном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулирование напряжения на выходе происходит за счёт изменения сопротивления в регулирующем элементе. Выходное напряжение при таком соединении будет равно Uвых=Uвх+ΔUрэ.

При параллельном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулировка напряжения на выходе достигается за счёт изменения тока, протекающего через регулирующий элемент. В свою очередь, стабилизация напряжения на выходе осуществляется за счёт изменения напряжения на балластном резисторе Rб. Ток на балластном резисторе можно найти исходя из первого закона Кирхгофа: сумма сходящихся токов в одном узле равна нулю. Следовательно ток на Rб будет равен Iб=Iрэ+Iн. Главное преимущество параллельного соединения заключается в устойчивости к перегрузкам по току и выдерживание короткого замыкания в цепи нагрузки.

Читайте также:  Подведение электричества и электрификация к дому своими руками: монтаж и прокладка кабеля

Для определения какой следует применить стабилизатор стоит исходить из требований, предъявляемых к качеству питающих напряжений.

Основные параметры

Основные параметры, по которым оцениваются рассматриваемые устройства следующие: качественные, массогабаритные и энергетические. По данным параметрам можно судить о массе и удельном объёме устройства.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного напряжения:

Коэффициент стабилизации по входному напряжению – это отношение номинального и относительного изменения напряжения на входе и выходе устройства при неизменном токе нагрузки.

где Uвх, Uвых – номинальное значение напряжения на входе и на выходе;

ΔUвх, ΔUвых – относительно изменение напряжения на входе и на выходе.

Внутреннее сопротивление стабилизатора – это отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки при неизменном входном напряжении.

Качество стабилизации – это отношение изменения напряжения на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Коэффициент сглаживания пульсаций – это отношение амплитуд пульсаций и номинальных напряжения на входе и выходе устройства.

Температурный коэффициент – это отношения изменения напряжения на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды при неизменном входном напряжении и тока нагрузки.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного тока:

Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению – это отношение номинальных и относительных изменений напряжения на входе и тока на выходе устройства при неизменном сопротивлении нагрузки.

Где Uвх, Iн – номинальное значение входного напряжения и тока нагрузки;

ΔUвх, Δ Iн – относительно изменение входного напряжения и тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки – это отношение номинального значения сопротивления и тока нагрузки к их изменению, при постоянном входном напряжении.

Где Rн, ΔRн – номинальное сопротивление нагрузки и его изменение;

ri – внутреннее сопротивление

Коэффициент пульсаций по току – это отношение амплитуды пульсаций тока к номинальному значению тока на выходе устройства.

— амплитуда пульсаций тока в нагрузке

Качество стабилизации – это отношение изменения тока на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Температурный коэффициент – это отношения изменения тока на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды.

Массогабаритные параметры характеризуются следующими параметрами: удельный объём Pвых/Vст, Вт/дм3, и удельная массам устройства Pвых/Gст, Вт/кг, где Vст это объём, а Gст это масса устройства.

К энергетическим параметрам можно отнести нижеперечисленное.

Коэффициент полезного действия – это отношение активной мощности, на выходе к потребляемой мощности от сети.

Не стоит забывать про мощность, которая рассеивается на регулирующем элементе, это тоже немаловажный параметр.

Резюмируя всё выше написанное, нами была рассмотрена основная информация о видах и характеристиках стабилизаторов. Для более глубокого изучения воспользуйтесь соответствующей литературой. Для более надёжного закрепления материала в будущем ниже будут размещены вопросы и задачи для самопроверки.

Применение стабилизаторов

Применение стабилизаторов нам необходимо в обыденной жизни. С приборами и механизмами, работающими с помощью электричества, мы сталкиваемся постоянно дома, на работе, в дороге. Поэтому когда происходят перебои в снабжении электроэнергией (даже тогда, когда параметры тока не соответствуют нормативным значениям), мы испытываем значительный дискомфорт.

Наиболее частые причины перебоев в электроснабжении

К сожалению, такие ситуации случаются нередко. Чаще всего это происходит:

  • в удалённых от крупных городов районах;
  • в местах, где энергопотребление значительно превышает допустимую величину (например, из-за работы сварочного аппарата);
  • в зданиях с электропроводкой плохого качества или не рассчитанной по своим параметрам на существующую нагрузку;
  • в зданиях с другими нарушениями Правил электроустановки (ПЭУ).

Во всех подобных ситуациях оправдано (и даже необходимо) применение стабилизаторов напряжения. Это позволяет сохранить электродвигатели и компрессоры различного бытового и промышленного оборудования, чувствительным к скачкам напряжения, значительно увеличить их срок службы.

Наиболее критичны отключение электроэнергии и перепады напряжения в загородных частных домах коттеджей. Выход из строя котла, бойлера, насосов может привести к выходу из строя систем водоснабжения и отопления, к возникновению аварийных ситуаций.

Что представляет собой стабилизатор напряжения?

Стабилизатор напряжения — это прибор, защищающий оборудование от резкого понижения или повешения напряжения во входной электросети. К нему подключаются приборы, требующие защиты. Стабилизатор сглаживает все импульсные изменения номинала напряжения, поэтому на эти приборы поступает сигнал с 220 (110, 380) вольт — т. е., именно с теми параметрами, на которые они рассчитаны. Верхний и нижний пороги нормального напряжения задаются вручную. При выходе за пределы этого коридора стабилизатор включается и выравнивает этот показатель.

Основные факторы для подбора стабилизатора.

Конкретный стабилизатор напряжения выбирается, исходя из следующих факторов:

  • номинал напряжения и количество фаз в электросети (при трёхфазной сети допустимо устанавливать как один трёхфазный стабилизатор, так два однофазных);
  • характер, частота и максимальная величина отклонений;
  • значение пиковой нагрузки (она может возникать, например, в морозы, когда происходит массовое включение отопительных электроприборов, в жару, когда работают кондиционеры, или, как говорилось выше, во время работы сварочного аппарата);
  • вид защищаемого прибора (в частности, тип его двигателя, пусковые токи, потребляемая мощность — как активная, так и реактивная), а также общее количество этих приборов;
  • схема электропроводки в помещении (от этого зависит возможность установки одного очень мощного стабилизатора, что экономичнее приобретения нескольких менее мощных на каждую единицу оборудования).

Если электроснабжение относительно стабильное, и значение напряжения редко выходит за пределы от 200 до 250 вольт, имеет смысл защитить стабилизатором только самое дорогое оборудование или наиболее важные приборы. Если же колебания напряжения происходит часто (это можно измерить мультиметром или просто понять по частому миганию ламп), рекомендуется все электрические приборы, находящиеся в помещении или здании) подключить через стабилизаторы. Если в трёхфазной сети перебои и скачки возникают только внутри одной фазы, стоит установить однофазные стабилизаторы для защиты устройств, подключённых к «проблемной» фазе. Однофазные потребители подключаются через как через однофазные, так и через трёхфазные стабилизаторы, трёхфазное оборудование — только через трёхфазные.

Существует ещё один нюанс. Чтобы сгладить падение напряжения, стабилизатор увеличивает силу тока в сети. Необходимо знать, допустимо ли это для данной сети (не всегда имеется резерв увеличения силы тока). Если недопустимо, следует заменить автоматический выключатель на его аналог с большим номиналом тока. Возможно, потребуется замена ещё какого-либо оборудования.

Основные виды защищаемых электроустройств

К разным видам стабилизаторов можно подключить практически любой электроприбор. На практике чаще всего защищаются наиболее дорогие и ответственные для жизнедеятельности дома или рабочих мест. Например:

  • котельное оборудование;
  • кондиционеры, вентиляторы;
  • электрические насосы различного применения;
  • вычислительная техника и периферийное компьютерное оборудование;
  • коммутационное оборудование (роутеры, модемы, хабы и т. д.);
  • стиральные машины, СВЧ-печи и другие бытовые электроприборы с длительными циклами непрерывной работы;
  • некоторое технологическое оборудование на производстве.

При подсчёте необходимой мощности приобретаемого стабилизатора напряжения необходимо иметь в виду, что существуют приборы с так называемой реактивной мощностью. Это все приборы, имеющие в своей основе электродвигатель. При включении их пусковой ток может превышать номинальное значение в несколько раз. Соответственно, мощность стабилизаторов для подключения такого оборудования необходимо подбирать с большим запасом.

Все подобные устройства работают при определённых показателях температуры и влажности. При применении стабилизаторов надо иметь это в виду.

Как рассчитать мощность стабилизатора напряжения

Планируя покупку стабилизатора напряжения, современный потребитель, если он, конечно, не профессионал, часто сталкивается с целым рядом затруднений. В основном, все их можно свести к кругу вопросов, связанных с критериями выбора аппарата. В частности, один из важнейших вопросов, волнующих потенциального покупателя: как подобрать стабилизатор по мощности или как рассчитать мощность устройства.

Какие функции выполняют стабилизаторы напряжения?

Само название этого типа оборудования говорит об их предназначении. Их основной задачей является обеспечение стабильного напряжения на выходе и защита бытовых приборов и другого электрооборудования от перепадов напряжения в сети. Поскольку отечественные сети, к несчастью, далеки от стандартов качества электроснабжения, то приобретение стабилизаторов остается наиболее эффективным решением существующих проблем. По-иному решить данную проблему пока не представляется возможным.

Скачки напряжения, вызванные не зависящими от пользователя факторами, крайне опасны, особенно, если перепады слишком велики. Примеры просто разрушительных последствий, особенно для владельцев частных домов, имеются. Но даже небольшие скачки напряжения по меньшей мере неприятны, а в конечном счете, рано или поздно выводят технику из строя, причем раньше, чем это гарантирует производитель. Не случайно, сегодня все больше производителей заявляют об аннулировании своих гарантийных обязательств, если владелец техники эксплуатирует ее без стабилизаторов напряжения в проблемных сетях вроде российских.

Правильно подобранный аппарат поможет нормализовать сетевое напряжение до 220 В при наличии однофазной сети и 380 В при трехфазной сети. Однако возможности стабилизатора не ограничиваются его основной функцией. Вы по достоинству оцените возможности аппарата по защите приборов от короткого замыкания и резких кратковременных скачков напряжения вниз или вверх.

Что такое “cos φ” и “пусковые токи” и почему они нужны при расчете мощности?

Оба параметра, а них мы сейчас вкратце расскажем, имеют самое непосредственное отношение к расчету мощности. Первый – cos φ – обозначает коэффициент мощности и рассчитывается через отношение показателя активной мощности к показателю полной. В электротехнике считается, что идеальным показателем коэффициента мощности является 1, если речь идет об обычных бытовых электроприборах. То есть, чем ближе к единице значение cos φ, тем это лучше для потребителей и поставщиков.

Читайте также:  Виды электрических бытовых ламп освещения: люминесцентные, светодиодные, лампы накаливания и галогенные

Если быть более конкретным, то можно разобрать данный вопрос на примере одного из продуктов компании “Энергия” – стабилизаторе АСН 8000. Как известно, цифры в его названии указывают на мощность в Вольт/Амперах (8000 В/А). Так как обычно показатель мощности выражается в Ваттах, то отсюда и возникает необходимость использовать параметры коэффициента cosφ. Соответственно, если речь идет об использовании стабилизатора для нормальной работы различных бытовых электроприборов (электрочайника, нагревательного тэна, электроплиты и т.п.), то значение коэффициента должно быть равно единице.

Чтобы узнать значение в Ваттах, используется простая формула: Ватты = В/А х cosφ (1). Для примера вернемся к упоминавшемуся выше стабилизатору Энергия АСН 8000. Формула будет выглядеть следующим образом:

8000 ВА х 1 =8 кВт.

Если же планируется использование стабилизатора с техникой, оснащенной электродвигателями, насосами и компрессорами (то есть с активно/реактивной нагрузкой), то расчет производится исходя из значения cosφ, равного 0,8 или 0,7, причем лучше использовать последнее значение. Впрочем, здесь многое будет зависеть от конкретной ситуации. Например, Энергия HYBRID СНВТ 5000 обладает полной мощностью в 5000 В/А. Следовательно, опять используем вышеописанную формулу со значением коэффициента в 0,7. И получаем:

5000 (В/А) х 0.7 = 3.5 кВт.

Если же вы планируете одновременное подключение техники как с нагревательными элементами, так и с двигателями, то лучше если cosφ равен 0,8.

Теперь о пусковых токах. При расчете мощности стабилизатора данный показатель является одним из ключевых, так как при запуске двигателя бытовых электроприборов (стиральных машин, сплит-систем, насосов и т.д.) возникает краткосрочная нагрузка, которая превышает номинальную мощность стабилизатора.

Холодильники, стиральные машины, СВЧ-печи, пылесосы и другие подобные электроприборы могут потреблять в три и даже больше раз мощности, чем номинальный показатель, при запуске. Затем, когда прибор начнет работать на рабочих оборотах, показатель потребляемой мощности опять станет равным номиналу. И хотя длительность пусковых токов не превышает нескольких секунд, игнорировать данное обстоятельство не следует, если вы рассчитываете суммарную мощность. Допустим, у вас есть холодильник, номинальная мощность которого составляет 300 Вт. Но при запуске, когда начинает работать компрессор, мощность резко возрастает, достигая показателя в один киловатт. Следовательно, вам придется принимать в расчет не только номинальный показатель мощности холодильника, но и пусковые токи.

Как же правильно рассчитать мощность?

При покупке стабилизатора следует, прежде всего, определиться с тем, в каких условиях будет эксплуатировать прибор: для защиты отдельных устройств или же для всего комплекса электроприборов. Но допустим, что речь идет о покупке такого стабилизатора, который будет защищать всю технику в доме. Как действовать в этом случае?

Для начала необходимо узнать параметры совокупного потребления всеми приборами в доме. Сделать это можно несколькими способами. Первый и самый простой заключается в том, чтобы взять разрешение по электроснабжению, в котором должны содержаться данные о выделенной на участок мощности.

Можно обратиться ко второму способу, когда в качестве указателя мощности используются данные на входных автоматах защиты. На приборах обычно указывается сила тока в амперах, которую можно без труда перевести в ватты (кол-во в амперах умножить на 220 В). Например, если мощность равна 24 А, то путем несложных подсчетов мы получим 5,5 кВт. Это касается как однофазной, так и трехфазной сети. Только в последнем случае нужно умножить силу тока на напряжение и получить результат на каждую фазу. Если в вашем случае подключается 3-фазная нагрузка, то мощность трех фаз нужно суммировать, чтобы получить общую мощность.

Наконец, вы можете воспользоваться третьим способом, который еще проще. Взять информацию по нагрузке от каждого прибора с учетом пускового тока и суммировать данные, а затем умножить на коэффициент 0,7. Почему именно 0,7? Дело в том, что на практике пользователи не включают одновременно все электроприборы, то есть параметр коэффициента указывает на типичное положение, когда работает примерно 70 % домашней аппаратуры. Для защиты отдельных приборов иногда создается выделенная линия от стабилизатора, что часто более эффективно.

Группы стабилизаторов по мощности

Первую группу входят аппараты мощностью до 2 кВт, которые полезны при защиты наиболее распространенных видов электроприборов, включая автоматику котлов отопления, циркуляционные насосы, холодильники, телевизоры, СВЧ-печи. Примером подобного рода стабилизаторов может быть модель Энергия Voltron РСН 2000.

Во вторую группу включаются стабилизаторы мощностью от трех до пяти кВт, которые могут работать с более мощными образцами техники: глубинными насосами, стиральными машинами, компрессорами септики, мойками высокого давления. В качестве примера можно рассматривать модель Энергия Classic 5000.

Третья группа включает стабилизаторы мощностью от 8 до 20 кВт, которые подойдут для защиты дома, коттеджа или квартиры. Аппарат обычно устанавливают сразу после автоматов защиты по току. С помощью клеммной колодки делает ввод сети и подключение нагрузки. Среди примеров стабилизаторов такого рода можно рассмотреть популярную модель Voltron РСН 10000.

И, наконец, четвертая группа включает стабилизаторы мощностью от 30 кВт трехфазного типа, рассчитанные на профессиональное оборудование или коттеджи с большим энергопотреблением.

Стабилизатор напряжения и экономия электроэнергии

Стабилизатор напряжения потребляет электроэнергию – точно так же, как и любой другой электроприбор, включенный в электрическую сеть. Исходя из этого, ответ на вопрос «помогает ли стабилизатор экономить электричество», кажется очевидным. На первый взгляд, ни о какой экономии не может идти и речи. Но чтобы досконально разобраться в этом вопросе, нужно вспомнить немного теории об электрической энергии. Рассмотрим три основных режима работы стабилизирующего устройства в бытовой однофазной электросети 220 В.

Входное напряжение равно 220 В

В этом идеальном случае стабилизатор фактически не выполняет никакой полезной функции. Его можно рассматривать как трансформатор, коэффициент трансформации которого равен 1:1. Как входное, так и выходное напряжение составляет 220 вольт. Но при этом, он обладает собственным сопротивлением, которое приводит к потерям электроэнергии. У самых лучших моделей устройств КПД составляет 95-97%. Таким образом, не менее 3-5% входной мощности будет тратиться на нагрев окружающего воздуха.

Входное напряжение ниже 220 В

Пониженное напряжение – распространенная проблема российских электросетей. Общая изношенность инфраструктуры, проводка, не рассчитанная на большую нагрузку, значительное увеличение количества электроприборов и мощности потребителей в доме приводят к тому, что вместо положенных 220 вольт сеть выдает в среднем 180-200 вольт. Установка стабилизатора существенно улучшает ситуацию, обеспечивая эффективную работу техники и оборудования. Но при этом общая потребляемая мощность не изменяется. Это связано с тем, что корректировка возможна только за счет пропорционального изменения силы тока. А поскольку мощность равна произведению напряжения и силы электротока, она остается стабильной. Если же произвести расчет с учетом того, сколько электроэнергии потребляет стабилизатор напряжения, то окажется, что расход должен увеличиться на те самые 3-5%, представляющие собой тепловые потери в устройстве из-за неидеального КПД.

Входное напряжение выше 220 В

Эта ситуация принципиально не отличается от предыдущего случая. При повышенном значении (240-260 В) стабилизация осуществляется за счет уменьшения входного тока. Мощность же снова остается стабильной как на входе, так и на выходе. Опять вспомнив, сколько электроэнергии берет стабилизатор напряжения, получаем, что вместо экономии, расход энергии должен даже немного возрасти.

Как же можно экономить с помощью стабилизатора?

Итак, согласно закону сохранения энергии, стабилизатор не может обеспечивать экономию электричества. Значит ли это, что устройство бесполезно и не дает никакой реальной выгоды владельцу? Давайте разберемся. Рассмотрим для примера осветительные приборы. При их работе в сети с пониженным напряжением они светят тускло и неэффективно. В результате, для освещения комнаты понадобиться, например, не 2, а 3 лампы. Соответственно, потребление электроэнергии в доме увеличиться.

Другой пример. Холодильное оборудование и кондиционеры очень плохо работают при низком напряжении. Для нормального охлаждения им приходится часто включать компрессор, заставлять работать его в рваном темпе. Из-за этого возникает недостаточное давление хладагента в системе, снижаются показатели теплоотдачи, увеличивается общее время работы электродвигателя. Как следствие, расход электроэнергии снова возрастает.

Дополнительные преимущества стабилизатора

В итоге, хоть устройство не может нарушить законов физики и генерировать энергию из ниоткуда, он способен обеспечить реальную экономию электроэнергии за счет повышения эффективности работы электроприборов. Кроме того, устройство позволяет сохранить деньги владельца благодаря следующим процессам:

  • Сглаживание перепадов. Это благотворно сказывается на функционировании подключенной аппаратуры, снижает риск выхода ее из строя, продлевает срок службы оборудования.
  • Защита от скачков. Если на объекте происходит резкий скачок напряжения, например, из-за обрыва нулевого проводника, то все подключенные прибору могут перегореть. Отличным решением этой проблемы станет современный стабилизатор, оснащенный встроенной защитой от критического перенапряжения. Устройство автоматически отключит нагрузку при высоковольтном скачке и включит ее при снижении показателя до безопасного уровня.

Заключение

Несмотря на то, что стабилизатор напряжения потребляет электроэнергию, он может уменьшить расходы домовладельца за счет снижения потерь из-за неэффективной работы оборудования, а также продления срока службы подключенного электрооборудования.

Расчет мощности стабилизатора напряжения

Алгоритм и основные ошибки.

Как правильно определить необходимую мощность стабилизатора напряжения? – данный вопрос уже неоднократно рассматривался в опубликованных на нашем сайте статьях. Однако мы вернёмся к нему ещё раз, так как мощность – один из важнейших параметров любого стабилизатора и если она определена неверно, то прибор, независимо от топологии, точности и быстродействия, не сможет нормально функционировать и не справится со своими задачами:

  • стабилизатор с выходной мощностью меньше необходимой будет постоянно отключаться или вообще не запустится, а возможно и выйдет из строя;
  • приобретение устройства с мощностью, намного превышающей требуемое значение, – бесполезная трата средств. Прибор в процессе работы будет недозагружен, что снизит его КПД.
Читайте также:  Монтаж систем наружного и внутреннего электрического освещения: виды и правила установки светильников

Для определения актуальной мощности стабилизатора рекомендуем действовать по следующему алгоритму:
1) выяснить мощность нагрузки;
2) к значению мощности, потребляемой нагрузкой, прибавить запас;
3) по итоговой величине подобрать подходящую модель стабилизатора.
В этой статье мы разберем три указанных пункта и проанализируем наиболее распространённые ошибки, сопутствующие каждому из них.

Как определить мощность нагрузки?

Мощность нагрузки на стабилизатор равняется сумме мощностей всех подключённых к стабилизатору устройств. Перед расчетом суммарного значения мощности необходимо выяснить энергопотребление каждого из потребителей. Это несложно: мощность электроприборов обычно указывается в технической документации и дублируется на заводской табличке, прикреплённой к изделию.

Несмотря на видимую простоту действия, на данном этапе можно совершить несколько серьёзных ошибок, которые повлекут за собой выбор стабилизатора, не подходящего под ваши задачи.

Особое внимание стоит обратить на оборудование, для которого указывается несколько мощностей: насосы, обогревательная, звуковая, климатическая техника и т.д. Важно различать мощность электрическую и мощность, выдаваемую изделием при выполнении своих прямых задач, то есть тепловую – для нагревательных котлов, охлаждения – для кондиционеров, звуковую – для аудиосистем и т.д.

При выборе стабилизатора следует опираться исключительно на величину мощности, потребляемой нагрузкой от электросети! В паспорте электроприбора данный параметр может быть назван: «потребляемая мощность», «присоединительная мощность», «электрическая мощность» и т.п. Всё перечисленное является отражением одной величины – активной мощности (измеряется в Ваттах (Вт или W)).

Обратите внимание! Производители обычно выстраивают модельный ряд своих стабилизаторов на основе другой величины – полной мощности (измеряется в Вольт-Амперах (ВА или VA)). Важно понимать, что Ватты и Вольт-Амперы не одно и то же, и соответственно 1000 Вт не равны 1000 ВА!

У устройств, конструкция которых содержит ёмкостные компоненты или электродвигатели, активная и полная мощности могут существенно различаться. Поэтому приобретение рассчитанного на 1000 ВА стабилизатора при нагрузке в 1000 Вт может стать неверным решением – прибор окажется перегружен со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Во избежание данной ошибки, следует перевести Ватты в Вольт-Амперы и проанализировать не только активную, но и полную мощность нагрузки. Перевод из Ватт в Вольт-Амперы осуществляется делением значения в Ваттах на специальный параметр – коэффициент мощности или cos(φ):

Сos(φ) отражает зависимость активной мощности устройства от полной. Чем ближе величина cos(φ) к единице, тем меньше энергии рассеивается в виде электромагнитного излучения и тем больше преобразуется в полезную работу.

Численное значение cos(φ) обычно (но не всегда) указанно в технической документации прибора, потребляющего переменный ток (может обозначаться как «cos(φ)», «Power Factor» или «PF»). Если производитель не предоставил информацию о коэффициенте мощности своего изделия, то для бытовой техники допустимо принять cos(φ) в пределах 0,7 – 0,8, кроме устройств, преобразующих электроэнергию в свет и тепло (лампы накаливания, электрочайники, утюги и т.д.), для них интервал значений коэффициента мощности – 0,9 – 1.

Современная техника, в первую очередь компьютеры, часто оснащается блоком питания с коррекцией коэффициента мощности, которая приближает данный параметр к единице – 0,95-0,99. Если уверенности в наличии такой функции (обозначается «PFC» или «ККМ») нет, то для cos(φ) рекомендуется применить значение из указанного в предыдущем абзаце типового диапазона.

Полную мощность нагрузки следует рассчитывать с использованием только значения коэффициента мощности оборудования, соответствующего этой нагрузке, а не с использованием значения входного коэффициента мощности стабилизатора!

Обратите внимание! Устройства, имеющие в своей конструкции электродвигатель, отличаются высокими пусковыми токами. К этой категории относятся: насосы, стиральные и посудомоечные машины, холодильники, кондиционеры, станки и компрессоры. Величина потребляемой из электросети энергии, в момент включения любого из названых приборов, может в несколько раз превысить величину, характерную для номинального режима работы.

Производители указанной техники иногда приводят максимальное энергопотребление непосредственно в характеристиках каждой модели, а иногда наоборот – дают только номинальное значение мощности, стараясь не привлекать внимание к неминуемым скачкам тока. Рекомендуем внимательно изучить сопутствующую любому оборудованию документацию и поискать информацию о фактической мощности, потребляемой устройством при пуске и, вообще, в различных режимах работы. Мощность нагрузки определяется с использованием наибольшего из приведённых для каждого устройства значений!

Помимо механизмов с электродвигателями, высокие пусковые токи характерны и осветительным приборам. Причем не только с галогенными лампами и лампами накаливания, но и с популярным в последнее время – светодиодными (светодиоды не имеют пусковых токов, но большинство светильников, реализованных на их базе, снабжены конденсаторами, включение которых вызывает резкое увеличение потребляемого тока).

При выборе стабилизатора для защиты крупной светотехнической системы следует учесть, что значение мощности, возникающее при запуске такой системы, может многократно превышать номинальное.

Какой запас мощности необходим стабилизатору?

Правильно выбранный стабилизатор должен иметь выходную мощность, превышающую мощность, необходимую для электропитания нагрузки. Разница между мощностью стабилизатора и фактическим энергопотреблением нагрузки называется запасом мощности. Рекомендуемый запас – 30% от величины энергопотребления нагрузки, такое значение позволит:

  • подключить к устройству в процессе эксплуатации дополнительные приборы, мощность которых не учитывалась при изначальном расчёте нагрузки;
  • избежать перегрузки в случае сильного падения напряжения в электросети. Дело в том, что мощность стабилизатора при выходе питающего напряжения из определённых пределов (рабочего диапазона) уменьшается. В частности, при 135 В в сети, стабилизатор вместо заявленных 500 ВА выдаст только 400 ВА и, соответственно, не сможет запитать предельную к его номиналу нагрузку.

Для некоторого оборудования рекомендуется заложить запас мощности свыше 30%. Это, например, кондиционеры или IT-техника. В первом случае, данное решение объясняйся ростом потребляемой кондиционером мощности в процессе эксплуатации устройства (вызвано неизбежным загрязнением фильтрующей сетки). Во втором случае – тенденцией к постоянному увеличению мощностей телекоммуникационного оборудования.

Как подобрать модель стабилизатора?

Для определения подходящей по мощности модели необходимо сверить мощностной ряд предлагаемых производителем стабилизаторов с энергопотреблением нагрузки – ближайшее в большую сторону значение в мощностном ряду и будет необходимой мощностью стабилизатора.

Обратите внимание! Выбор стабилизатора со значением мощности, ближайшим к энергопотреблению нагрузки в меньшую сторону либо снизит заложенный ранее запас по мощности, либо, в худшем случае, приведёт к приобретению стабилизатора с несоответствующими нагрузке выходными параметрами.

Обратите внимание! Для трехфазного стабилизатора нагрузка на каждую фазу должна составлять не более 1/3 от номинальной. Например, трехфазный стабилизатор с номиналом 6000 ВА запитает трехфазную нагрузку в 4200 ВА (мощность потребляемая от одной фазы составит 1400 ВА), но подключение к отдельной фазе этого стабилизатора нагрузки в 2500 ВА вызовет перегрузку, так как максимально допустимое значение по одной фазе составляет: 6000/3=2000 ВА.

Практический пример расчета мощности стабилизатора.

Стабилизатор приобретается для одновременной защиты трех однофазных потребителей. Не будем акцентировать внимание на конкретном виде устройств, назовем их просто: потребитель 1, потребитель 2 и потребитель 3.

Согласно заводским паспортам:

  • номинальная мощность потребителя 1 – 600 Вт, потребителя 2 – 130 Вт, потребителя 3 – 700 Вт;
  • коэффициент мощности потребителей 1 и 2 – 0,7, потребителя 3 – 0,95.

1. Определение мощности нагрузки.

Пусть потребитель 1 относится к категории оборудования, характеризующегося наличием высоких пусковых токов. При расчёте используем не его номинальную мощность, а максимальную – пусковую, равную, согласно технической документации, – 1800 Вт. Используя формулу (1), переведём мощность каждого потребителя из Вт в ВА:

1800/0,7=2571,4 ВА – для потребителя 1;
130/0,7=185,7 ВА – для потребителя 2;
700/0,95=736,8 ВА – для потребителя 3.

Теперь определим суммарную потребляемую мощность планируемой нагрузки в Вт и ВА:

1800 +130+ 700= 2630 Вт;
2571,4+185,7+736,8=3493,9 ВА.

Дальнейший выбор стабилизатора будем проводить, учитывая, что полная мощность нагрузки на устройство составит 3493,9 ВА, а активная –2630 Вт (обратите внимание на разницу значений в Вт и ВА).

2. Определение запаса мощности.

Примем рекомендованную величину запаса мощности в 30% от энергопотребления нагрузки – для получения численного значения необходимого запаса умножим на 0,3 ранее рассчитанные суммарные мощности планируемой нагрузки:

2630•0,3=789 Вт – запас активной мощности;
34,939•0,3=1048,17 ВА – запас полной мощности.

Следовательно мощность нагрузки с учётом запаса составит:

2630+789=3419 Вт;
3493,9+1048,17= 4542,07 ВА.

3. Выбор модели стабилизатора с необходимой мощностью.

3.1 Однофазный стабилизатор. Выберем подходящий для электропитания вычисленной нагрузки (с учетом запаса) однофазный стабилизатор, используя стандартный мощностной ряд однофазных инверторных стабилизаторов производства ГК «Штиль»:

Мощность стабилизатораМощность стабилизатора
Полная, ВААктивная, ВтПолная, ВААктивная, Вт
35030060005400
55040080007200
1000750100008000
150011251500013500
250020002000016000
35002500

Ближайшая с большей стороны к расчётным значениям мощность – 6000 ВА и 5400 Вт, следовательно, именно такой стабилизатор подходит для подключения потребителя 1, потребителя 2 и потребителя 3.

Если взять модель с мощностью, ближайшей к расчетному значению в меньшую сторону (3500 ВА/ 2500 В), то стабилизатор окажется перегружен, так как выходная активная мощность устройства окажется меньше потребляемой активной мощности нагрузки: 2500 Вт Читайте также:

Добавить комментарий