Види, принцип, порівняння сучасних побутових стабілізаторів напруги

  • Делаете ли Вы ремонт своими руками.?

    Показать результаты

    Loading ... Loading ...
  • Види, принцип, порівняння сучасних побутових стабілізаторів напруги

    Автор: Человек Труда vk fb eye 10 442
    Опубликовано 18.1.2016
    1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars

     

    Сьогодні у багатьох країнах СНД і Європи є проблеми з якістю електроенергії, особливо в приватному житловому секторі. У певний момент, і протягом декількох годин, замість заявлених 220 В, у ваш будинок/квартиру може надходити тільки 200 В. Це відбувається у зв’язку з різким зростанням кількості споживачів, коли люди приходять з роботи, а особливо в зимовий період, коли експлуатуються високопотужні електричні обігрівачі.

     

    Бувають і перепади в іншу сторону, коли на короткочасний період у вашій розетці (користуючись нагодою, рекомендую статтю «Види, будова і маркування сучасних побутових розеток») може бути 260 і навіть більше. Для житлового сектора такі перепади дуже небезпечні, адже блоки керування напругою сучасної електронної техніки не мають захисту від них. Такого роду проблема виникає із-за незадовільного стану трансформатора, в тому числі обривів нульових провідників.

     

    Перепади напруги

     

    Відповідність параметрів електроенергії що Вам постачається з еталонними, можна запросто перевірити вимірювальними приладами вольтметром/амперметром. Підігнати параметри до еталонних, допоможе стабілізатор напруги. А встигнути коректно завершити роботу всіх електроприладів при повному відключенні, потрібен ДБЖ, UPS (джерело безперебійного живлення).

     

    Існують багатофункціональні ДБЖ, з вбудованою системою стабілізації та індикації напруги, тобто, всі ці прилади об’єднані в один. Для того щоб розібратися, який стабілізатор краще для дому (адже їх буває декілька типів), розглянемо далі ті, які призначені для вирівнювання змінного струму побутового призначення. Але перед тим потрібно навчитися їх підбирати по потужності споживанню приладів.

     

    Нюанси при розрахунку потужності побутового стабілізатора напруги

     

    Якщо мова йде про стандартну напругу 220 В, потужність стабілізатора розраховується шляхом складання всіх потужностей експлуатованих приладів. Застерігаю вас: в інтернеті є безліч таблиць зі значеннями потужностей електроприладів у форматі: /найменування приладу/макс. потужність/ – не завжди варто керуватися ними.

     

    Розрахунок потужності побутового стабілізатора напруги

     

    Приміром, потужність телевізора в таблиці заявлена від 100 Вт, але з урахуванням того, що вже давно випускаються не кінескопні, а рідкокристалічні дисплеї, то потужність може складати і 30 Вт, з однаковою діагоналлю. Крім того, з деяких пір, з’явилася техніка енергоекономного класу A+++, що споживає в рази менше.

     

    Розрахунки потрібно робити конкретно за даними паспорта кожного приладу. Якщо у вас цілий будинок у кілька поверхів і велике сімейство, різниця в необхідній потужності стабілізатора може бути колосальна. І це при тому, що практично ніколи не буває, щоб він працював на всю потужність, адже навряд чи так співпаде, що одночасно включать всі прилади в будинку – тобто, з урахуванням всіх приладів впритул вибраний стабілізатор вже сам по собі, теоретично, має запас.

     

    Характеристики видів стабілізаторів напруги, переваги/недоліки

     

    Сучасні стабілізатори, розраховані для роботи з побутовим однофазним змінним струмом, за принципом дії поділяються на: коригувальні і накопичувальні – який стабілізатор краще для дому, залежить від конкретних завдань. Ми спробували скласти порівняльну таблицю характеристик різних видів стабілізаторів, на основі загальних даних, які вдалося знайти.

     

    Тип
    стабілізатора
    Діапазон
    напр.,
    В
    Час реакції,
    мс
    Точність /-, % Гарантія, міс. Шумність Цена
    Електронний
    релейний
    140-260 20-40 до 10 12-24 невисока низька
    Електронний симісторний 80-300 10-20 6-0,5 36-60 відсутня дуже висока
    Сервомоторний 140-260 5-7 3 12 висока низька
    Ферорезонансний 170-260 20-50 1-3 12-24 дуже висока висока
    Інверторний 60-260,
    110-300
    нету 1 12-24 невисока дуже висока

     

     

    Стабілізатори коригувальної дії в більшості випадків складаються з блоку управління, який реагуючи на підвищення/пониження напруги в мережі, використовуючи ту чи іншу (знижувальну/підвищувальну напругу) обмотку спеціального пристрою – трансформатора.

     

    Накопичувальної дії стабілізатори працюють за рахунок накопиченої в ємності деякої кількості струму і генерують з нього струм необхідних параметрів. До таких же умовно можна віднести ДБЖ, які до того ж, деякий час дають заряд з вбудованої батареї, коли подача електрики припиняється повністю.

     

    Принцип роботи сучасних побутових релейних стабілізаторів напруги

     

    Цей прлад відноситься до електронних, ступеневого (дискретного) принципу роботи. Відмінністю від інших східчастих стабілізаторів є те, що в даному використовуються електромагнітні реле в якості перемикачів. А в іншому, апарат складається з такого ж блоку управління з процесором і автотрансформатора з різною кількістю вторинних обмоток, як і інші різновиди цього роду пристроїв.

     

    Принцип роботи такий: блок керування виконує контроль напруги на вході і в залежності від його значення, вмикає або вимикає ті чи інші вторинні обмотки автотрансформатора. При цьому сучасного зразка релейний стабілізатор напруги має не менше чотирьох ступенів стабілізації. У такому приладі відповідно, є чотири реле та автотрансформатор на чотири вторинні котушки.

     

    Принципова схема роботи релейних стабілізаторів напруги

     

    Ви можете бачити блоки (і їх основний вміст), з яких складається вся схема релейного стабілізатора напруги: А – автотрансформатор з чотирма вольтододаючими, двома вольтовідємними котушками; Б – блок аналізу та управління напругою; В – блок релейних виконавчих елементів; Г – блок індикації (Вольтметр, Амперметр, вкл/викл); Д – об’єднувальна шина.

     

    Вище поданий простенький сучасний, керований мікропроцесором PIC12F675, шести ступінчастий релейний стабілізатор напруги схема якого розрахована на коригування перепадів напруги 140-260 В. Комплектація пристрою вміщує індикатори – вольтметр, амперметр, світлодіод режиму роботи. Принцип дії цього приладу наступний.

     

    Автотрансформатор (А) має шість обмоток, кожна з яких видає напругу від -20 до +40% від номінальних 220 В, чим заповнюється тієї або іншої величини згасання напруги, або знижується її стрибок. Блок управління (Б) на основі мікропроцесора, робить аналіз характеристик вхідного мережевого струму (вольтаж/ампертраж), на основі яких подає сигнал управління в релейний виконавчий блок (В). В якості сигналу може подаватися струм таким напруженням, при якому спрацьовує реле.

     

    Далі, в залежності від значення занепаду, блок управління (Б) подає сигнал того чи іншого реле, що відповідає за підключення відповідної вольтододаючої котушки; при цьому попереднє відключається. Реле замикає котушку і на виході з’являється необхідна кількість Вольтів.

     

    Сучасний побутовий релейний стабілізатор напруги в розборі

     

    Точно така ж процедура відбувається і при скачках напруги (в даному випадку до 260 В). Тільки задіюється не вольтододаюча, а вольтовідємна обмотка, і таким чином, при стрибку в 260 В, обмотка підключається -40% (-44), яка видає 216 Ст. При більшому підвищенні напруги в мережі, блок управління просто відключає живлення.

     

    Переваги стабілізатора, що працює на реле, вбачаються в низькій вартості. Вони більшою мірою призначені для сегмента побутової техніки, яка не вимагає високоточного коригування напруги (холодильники, мікрохвильові печі тощо), і чудово справляються зі своїм завданням.

     

    Недоліки – не підходять для високоточної чутливої електронної техніки, у тому числі деякої зарубіжної ТБ/Аудіо техніки і комп’ютерів. Крім того, виконавчі механізми – реле, які буває, залипають, при частій роботі швидко виходять з ладу. Плюс до того, їхня робота супроводжується клацанням, чутними в приміщенні.

     

    Принцип роботи сучасних побутових симісторних стабілізаторів напруги

     

    Ці прилади відносяться до коригувальних напруги, дискретної (ступеневої) дії. Вони в кращу сторону відрізняються за характеристиками від попередніх, хоч мають схожі блоки і аналогічний принцип дії. Також складаються з блоку управління, автотрансформатора та виконавчого блоку.

     

    Різниця полягає в тому, що на відміну від релейних, симісторний стабілізатор напруги в якості виконавчих (замикаючих/розмикаючих силову мережу) елементів, використовує так звані електронні ключі – терістори або сімістори. Вони не мають механічних деталей і набагато продуктивніші, ніж реле, відрізняються швидкістю реакції та іншими параметрами.

     

    принципова схема симісторних стабілізаторів напруги

     

     

    На малюнку можна спостерігати такі блоки електронного стабілізатора: А – автотрансформатор з двома входами; Б – симісторний виконавчий блок першого каскаду корекції напруги; В – другого каскаду виконавчий симісторний блок; Г – блок аналізу та управління напругою; Д – об’єднуючі шини; Е – блок індикації характеристик струму (Вольт, Ампер) і режиму роботи.

     

    В даному випадку прилад має більш точне коригування завдяки тому, що схема симісторного стабілізатора двухкаскадна, тобто, в ній дві групи виконавчих блоків і відповідно, більша кількість вольтовідємних і вольтододаючих обмоток. Перевага двокаскадної системи в тому, що шляхом комбінацій виходить більша кількість ступенів корекції: 6 (каскад Б)*6 (каскад)=36 значень. Принцип роботи далі.

     

    Блок управління на основі мікропроцесора (Г) аналізує характеристики вхідної напруги і видає команду потрібному електронному ключу з виконавчого блоку Б (першого каскаду). В дію приводиться та чи інша знижувальна/підвищувальна вольти обмотка автотрансформатора (А) і напруга коригується на грубу, від -20% до +40% з кроком 10%.

     

    Сучасний побутовий симісторний стабілізатор напруги в розборі

     

    Далі блок управління заміряє вихідний струм грубої корекції, який йде на другий вихід автотрансформатора, і, керуючи другим виконавчим блоком (другим каскадом), приводяться в дію вольтододаючі/вольтовідємні котушки з малим кроком в 2%, в межах від -6% до +6%.

     

    Переваги симісторних стабілізаторів напруги – висока точність коригування, швидке коригування і абсолютно безшумна робота електронних компонентів. Тому підходять для забезпечення високоточних приладів, як наприклад, апаратура для локальних комп’ютерних мереж, (комутатори, множники сигналів і ін).

     

    Зазначається широкий діапазон моделей (і відповідно цін), починаючи від самих примітивних на кілька побутових споживачів, і закінчуючи приладами для високоточної стабілізації електромережі цілого будинку. Також вони найбільш довговічні в порівнянні з іншими.

     

    Недоліки електронних приладів – висока вартість, складність в ремонті та обслуговуванні. У деяких неякісних симісторних стабілізаторах відзначаються випадки, коли електронні ключі (тиристори/сімістори) не спрацьовували.

     

    Принцип роботи сучасних побутових електромеханічних стабілізаторів напруги

     

    З цієї групи найбільш часто застосовують у побуті сервомоторні стабілізатори. Вони також коригуючі напругу: маючи ступеневий принцип роботи, дискретні операції додавання або віднімання необхідної кількості вольтів виробляються перемиканням обмоток автотрансформатора за допомогою сервомотора – дискретного покрокового електромеханічного приладу.

     

    Сервопривідний мотор в них виконує функцію управління, як в релейних – реле або електронних – сімістори/тиристори. Він має достатню швидкість для безперебійного корегування напруги, але відразу зауважимо, що електромеханічний стабілізатор напруги для забезпечення напругою високоточної чутливої техніки, як варіант не підходить. Бо швидкість реакції дуже низька, при різких скачках може становити навіть секунди.

     

    Принципова схема сервомоторних стабілізаторів напруги

     

    Тут показана умовно автотрансформаторна обмотка (1), з пристосованим в середині сервомотором (2), який управляє токозємним контактом (3), переміщуючи його по верхній частині кільця обмотки – загалом це все позначено літерою А і є автотрансформатором з вбудованим сервомоторним приводом. Також як і інші, схеми електронного стабілізатора напруги з електромеханічним приводом мають блок управління з мікропроцесором (Б), і, залежно від комплектації, панель індикації стану мережі (В). Блок управління у таких приладах має особливий контролер.

     

    В залежності від положення знімаючого напругу контакту, вона збирається з тієї чи іншої ділянки обмотки, що відповідає за підвищення/пониження напруги. Конструкційна особливість в тому, що на відміну від релейних або симісторних, сервопривідні стабілізатори теоретично можуть регулювати напругу на частки Вольта, переміщаючи контакт з кроком в один виток. На практиці ж, в побутовому застосуванні використовуються дискретні мотори з таким кроком, який забезпечує відхилення близько 3%.

     

    Сучасний побутовий сервомоторний стабілізатор напруги в розборі

     

    Переваги – дуже точна і плавна корекція вихідної напруги; невисока вартість. Ідеальний такий стабілізатор для мереж, в яких невеликі перепади напруги, так як з ними він справляється на ура.

     

    Недоліки – дуже довгий час корекції, особливо при високих скачках: поки струмознімач прокотиться по більшій частині радіусу до ділянки, де напруга нормальна, можуть пройти навіть секунди. Для високоточної чутливої техніки в такому випадку не підходить. Видає шум при роботі – за рахунок руху сервомотора і ковзання по обмотці контакту. Гарантія всього 12 місяців – не спроста: сервопривід частіше і швидше зношується.

     

    Принцип роботи сучасних побутових ферорезонансних стабілізаторів напруги

     

    Ці прилади є сенс умовно розділити на старого і нового зразка, так як мають небагато різні недоліки і електричні елементи. Всі вони частково відносяться до накопичувальних і плавно вирівнюють напругу. Вони докорінно відрізняються від усіх попередніх, і не обов’язково потребують наявність блоку управління, так як в їх трансформаторі та інших деталях відбуваються самопливні фізичні процеси.

     

    Не маючи поглиблених знань у фізиці, дуже складно зрозуміти, як працює ферорезонансний стабілізатор напруги, але що доступно для розуміння – це те, що в основі його лежить автотрансформатор і інші йому подібні елементи – дроселі, які взаємодіють між собою, компенсуючи недолік або збавляючи надлишок напруги в заданих межах.

     

    Варто згадати, що до цих пір (2016), на радіоринках є велика різноманітність ферорезонансних стабілізаторів радянського виробництва 80-90х років – «Україна», «Ельбрус», «РНБ» – вельми довговічних і високоточних пристроїв, при копійчаній вартості. Зі славною радянською якістю, як показали роки спостережень, вже мало що зрівняється.

     

    Принципиальная схема феррорезонансных стабилизаторов напряжения

     

    Автотрансформатор (А) з первинною і вторинною обмотками; вхідний насищуючий дросель (Б); другий токос’емний дросель (В); конденсатор 250в (Г); запобіжник 220в (Д); лампа індикатора роботи (Е). Первинна обмотка трансформатора (1-А); первинна обмотка дроселя (1-Б); вторинна обмотка автотрансформатора (2-А); вторинна, компенсаційна обмотка насищуючого дроселя (2-Б).

     

    Дросель в даному випадку – це, коротко кажучи, прилад, який спрямований на зниження/підвищення характеристик напруги. З технічного боку, він складається з обмотки на металевому сердечнику і нагадує за багатьма ознаками трансформатор.

     

    Дивлячись на принципову схему, можна помітити, як взаємопов’язаний трансформатор (А) з дроселем (Б). Через первинну обмотку дросель підключений до трансформатора, в свою чергу, з вторинної обмотки трансформатора йде підключення на компенсаційну вторинну обмотку дроселя. Далі, з неї йде вихід на другий дросель, з’єднаний з конденсатором. На цій ділянці відбувається резонанс, а далі – струмознімання на вихід пристрою.

     

    бытовой феррорезонансный стабилизатор в разборе

     

    Переваги – висока надійність, висока точність вихідної напруги, плавна корекція, невисока вартість пристроїв радянського виробництва. У ньому немає електромеханічних запчастин, тому ламатися нема чому за винятком конденсатора (і то в радянських моделях він масляний, практично «вічний»).

     

    Недоліки – низький діапазон вхідної напруги, тривалий час корекції при різких упадках, сильний шум (гудіння) від роботи на низькочастотних (звукових) частот 50 Гц. В найкращих сучасних модифікаціях ці недоліки полегшені, але вартість їх настільки висока, що багатьом здається вигідніше придбати ДБЖ з вбудованим онлайн стабілізатором інверторного типу.

     

    Принцип роботи сучасних побутових інверторних стабілізаторів напруги

     

    Ці прилади стабілізації напруги на сьогодні (2016) є найбільш ефективними, але і найбільш складними по архітектурі. Вони діють за схемою подвійного перетворення струму змінного на постійний, і потім з постійного на змінний. Крім того, вони мають ємності, в які електрика накопичується в конденсаторах і за необхідністю, поповнюється за нестачею на виході, при занепаді на вході.

     

    Сучасні інверторні стабілізатори напруги дуже сильно схожі з ДБЖ (джерело безперебійного живлення), які часто використовуються як складові елементи системи «розумний будинок», але є різниця в тому, що останні в якості ємностей використовують акумуляторні батареї, а також бувають онлайн і офлайн ДБЖ. Так і топологій цих ДБЖ чимало, так що це вже окрема тема, зараз розглянемо тільки стабілізатори.

     

    Принципова схема інверторних стабілізаторів напруги

     

    Умовні позначення в даній схемі: блок фільтрів вхідної напруги (А); випрямляч/коректор вхідної потужності (Б); блок управління з виконавчими елементами – електричними ключами (В); блок конденсаторів (Г); інвертор (Д).

     

    У цьому випадку блок виконавчих елементів вміщений в платі управління з основним мікропроцесором і набором контролерів (В), так як варіантів комутації (управління) мережі набагато менше, ніж у східчастих стабілізаторах. Практично, він обмежений ключем, який розмикає ланцюг при підвищенні напруги вище тієї, на яку розрахований прилад. Плюс кілька ключів на управління ємностями (конденсаторами).

     

    Принцип роботи наступний: на вході напруга насамперед потрапляє в фільтрувальний блок (А), потім – в випрямляч/коректор потужності (Б) і паралельно в блок конденсаторів (Г), які є сховищами електрики, вторинними його джерелами. Через складну систему управління, мікропроцесор керує коректором і інвертором напруги, а поповнення мережевого струму за рахунок блоку конденсаторів.

     

    Сучасний побутовий інверторний стабілізатор напруги в розборі

     

    Вхідний в інвертор постійний струм, перетворюється в ньому в змінний, за допомогою кварцового генератора. Цей генератор є високоточним апаратом, і тому, інверторний стабілізатор напруги має найнижчий відсоток (1%) відхилення на виході.

     

    Переваги – найвищий діапазон вхідних напруг, мінімальне відхилення на виході, миттєва реакція на перепади. Прилади стабільні в роботі і довговічні, не містять механічних деталей, тому практично не шумлять і набагато довше не виходять з ладу.

     

    Недоліки – висока вартість унаслідок складних дискретних блоків і потужного мікропроцесора для керування. Крім того, при тривалих упадках напруги, компенсаційний резервний блок конденсаторів виснажується і спостерігається різкий занепад на виході.

     

    Сподіваємося, що даний матеріал був Вам корисний, якщо що – пишіть коментарі нижче. З повагою, команда Mastery-of-building.

     

    Залишити відповідь

    Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *