Выбор электромеханического стабилизатора напряжения — особенности, преимущества и недостатки

Практически каждый владелец различной электронной техники и любого бытового прибора хорошо осознает, каковым является электропитание в наших электрических сетях и как оно сказывается на работе и пригодности электроприборов.

Инверторный стабилизатор

Думаю, что нет смысла рассказывать о том, как скачки напряжения и недопустимые его уровни могут уничтожить нашу домашнюю технику. Однако есть смысл сделать сильный акцент на том, какой стабилизатор напряжения может произвести выравнивание тока на наиболее высоком уровне.

Многие люди могут сказать, что лучшим прибором для стабилизации напряжения является электронный стабилизатор, который использует симисторные или тиристорные ключи. Однако на рынке можно встретить более эффективный тип стабилизатора напряжения и он является инверторным.

Его еще называют стабилизатором двойного преобразования. Звание лучшего он заслуживает за то, что может подавать ток, который характеризуется одной и той же частотой, стабильным напряжением, которое может отклоняться максимум на полпроцента от нормированной величины.

Также он может работать и при очень больших отклонениях входного напряжения от нормированной величины.

Конструкция электромеханического стабилизатора

Электромеханический, или сервоприводный, стабилизатор напряжения может считаться самым простым по конструкции. В его основе лежит обычный автотрансформатор лабораторного типа, в котором, поворачивая рукоятку можно было изменять величину напряжения от нуля до 240 вольт.

В современном стабилизаторе этот принцип сохранился, только ручка автотрансформатора поворачивается не рукой, а электрическим серводвигателем. Трансформатор имеет тороидальную конструкцию. Его обмотка выполнена из медного провода, и верхняя её часть очищена от изолирующего покрытия.

По обмотке трансформатора перемещается ползунковый контакт-щётка или ролик, который закреплен на оси электродвигателя. Двигатель оборудован сервоприводом. Это значит, что его ротор не вращается, а по импульсным сигналам, поступающим из блока управления, может поворачиваться на определённый угол. Щётка может быть изготовлена из графита или иметь роликовую конструкцию.

Электромеханический стабилизатор состоит из следующих узлов:

• Входной сетевой фильтр;
• Силовой автотрансформатор;
• Блок контроля и управления;
• Электродвигатель;
• Контактный узел;
• Блок индикации.

Сетевой фильтр обеспечивает подавление высокочастотных и импульсных электрических помех. Пассивный фильтр собран по  индуктивно-ёмкостной схеме. После фильтра напряжение подаётся на схему контроля, которая фиксирует отклонения напряжения сети от номинала и вырабатывает сигналы для управления электродвигателем.

Жёстко закреплённый на роторе контактный узел с графитовым контактом перемещается по обмотке трансформатора. В зависимости от девиаций сети, серводвигатель получает сигналы управления для увеличения или уменьшения напряжения на выходе. Для надёжности контактный узел может иметь две щётки, или более стабильный в работе роликовый узел.

Блок индикации, располагающийся на передней панели устройства, состоит из светодиодных индикаторов режимов работы и, у отдельных моделей, цифрового универсального дисплея. Цифровой дисплей может показывать напряжение на входе и выходе устройства, ток и частоту сети.

Принцип работы

Во время работы инверторного стабилизатора осуществляется два основных процесса:

1. Преобразование входного переменного тока в постоянный.
2. Преобразование постоянного тока в переменный.

Первый процесс осуществляет выпрямитель и корректор коэффициента мощности. Другими словами, когда переменный и нестабильный ток входит в стабилизатор, он проходит через фильтр частот и в выпрямителе превращается в постоянный.

Он приобретает практически синусоидальную форму. Плюсом такого преобразования является достижение очень высокого коэффициента мощности. Этот коэффициент равняется почти единице. Далее этот ток накапливается в конденсаторах. Их еще называют вторичным источником энергии.

После этого постоянный ток продолжает движение к инвертору, который уже делает ток переменным и синусоидальным. Этот инвертор работает таким образом, что переменный ток получает частоту, равную 50-ти герцам, и напряжение, равное 220-ти вольтам.

Примечательным фактом является то, что кварцевый генератор, который является составной частью инвертора, делает это преобразование с очень высокой степенью точности. Конечно, работой каждой составной части стабилизатора, который относится к инверторному типу, управляет микроконтроллер.

Именно благодаря использованию инверторов и осуществлению двух процессов преобразования тока этот стабилизатор называют инверторным или же стабилизатором двойного преобразования.

Виды стабилизаторов напряжения по классу напряжения

Промышленность выпускает широкую гамму стабилизаторов.

Различают однофазные и трехфазные устройства.

По диапазону выходных напряжений электронное оборудование для однофазных сетей рассчитано на 220 – 240 В (популярна также промежуточная градация 230 В), доступны феррорезонансные стабилизаторы на 110 – 120 В.

Бытовое оборудование для трехфазных электросетей обеспечивает выходное напряжение 380 – 415 В вне зависимости от применяемых схемных решений и отдаваемого тока нагрузки.

Техника промышленного назначения может иметь более высокое выходное напряжение: вплоть до 6 – 10 кВ.

Преимущества и недостатки электромеханического стабилизатора

Преимуществами электромеханического стабилизатора являются:

• возможность плавной регулировки напряжения;
• точность стабилизации;
• возможность работы с любыми напряжениями на входе;
• точность выходного напряжения, без искажений;
• устойчивость к высоким перегрузкам (превышение напряжения более 2 раз от номинального, на протяжении 2-3 секунд);
• устойчивость к помехам по напряжению, частоте и форме тока;
• низкий уровень шумов при работе устройства (когда отсутствуют перепады напряжения и мощность нагрузки равна нулю).

Несмотря на высокие достоинства, не лишено данное устройство стабилизации и недостатков, где самым существенным среди них можно назвать наличие в его конструкции движущихся механизмов и деталей. За счет того, что существует контакт между катушкой трансформатора и графитовыми щетками, то последние подлежат замене уже после 3-5 лет их использования. Ситуация усложняется еще и тем обстоятельством, что сама замена представляет собой достаточно сложный и трудоемкий процесс, который не под силу осуществить без определенных знаний и специального инструмента. Стоит также добавить, что ограниченный ресурс имеет и сервопривод щетки, который требует замены, как правило, после 5-7 лет эксплуатации электромеханического стабилизатора.

К сожалению, и на этом список недостатков не заканчивается, и к их числу необходимо добавить следующие особенности данного типа стабилизатора:

• запрещается использовать устройство при температуре менее -50С;
• невысокая скорость стабилизации. В качестве решения этого недостатка можно рассматривать стабилизаторы, оснащенные двумя щетками на каждый автотрансформатор, однако в этом случае цена такого устройства значительно выше тех моделей, где используется по одной щетке на трансформатор;
• при работе сервопривода слышен определенный звук на протяжении всего времени, пока стабилизатором осуществляется стабилизация выходного напряжения (как правило, это время составляет до секунды).

Масса

Вес стабилизатора напряжения не самый критичный показатель при выборе, но он, в некоторых ситуациях, всё же играет свою роль, мобильность электромеханической модели гораздо ниже, т.к. его масса на 23% больше релейного, переносить сложнее.

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.

Применение сервоприводных стабилизаторов

Широкое применение устройств этого типа для питания как бытовой, так и промышленной техники в настоящее время обусловлено, прежде всего, их бюджетностью.

Безусловно, вопрос цены сегодня — фактор более чем немаловажный. Однако, можно с большой уверенностью сказать, что, существенно уступая в цене, например, аналогам инверторного типа, электромеханические стабилизаторы, тем не менее, существенно проигрывают последним практически и по всем своим эксплуатационным параметрам. Поэтому очевидно, что область их применения несколько ограничена.

Однозначно нельзя рекомендовать использовать стабилизаторы этого типа в сетях с частыми и значительными перепадами напряжения. При работе устройства в таких условиях не стоит рассчитывать на его долгий срок службы, так как интенсивность режима работы сервопривода неизбежно приведет к скорому износу деталей привода и токосъемной системы (угольных контактных щеток).

Несмотря на способность работать в довольно широком диапазоне входного напряжения, применение электромеханического стабилизатора в сетях с большой просадкой также вряд ли можно назвать хорошим решением. Из-за шумности работы в нагруженном режиме эксплуатации сервоприводные стабилизаторы малопригодны для установки в жилых помещениях.

Кроме того, не стоит приобретать такие стабилизаторы для питания нагрузки, требовательной к стабильности напряжения. В скорости реагирования на отклонения напряжения на входе, электромеханика, проигрывая даже релейным аналогам в десятки раз, оставляет желать лучшего.

Еще один значимый фактор, ограничивающий место установки, – это требовательность к температуре эксплуатации. Если верхний порог диапазона температуры эксплуатации электромеханических стабилизаторов более-менее приемлем (до 40 °C) и позволяет использовать устройства практически везде, то нижний (обычно не превышающий -5 °C) исключает возможность их установки в неотапливаемых помещениях – гаражах, хозяйственных постройках и т. п.

В каких случаях применение электромеханики все-же будет целесообразным? Достаточно обоснованным использование сервоприводных устройств видится в быту при небольших нагрузках потребления в сетях с небольшими просадками по напряжению.

Многие, особенно имеющие дачи читатели, наверняка хорошо осведомлены о состоянии сельских, дачных или даже городских электросетей в частном жилом секторе и на практике не раз сталкивались с некачественным электроснабжением. Поэтому, использование электромеханики хорошо востребовано в быту – как относительно эффективное и недорогое решение.

Рассматривая характер подключенной нагрузки, можно смело порекомендовать их для стабилизации выходного напряжения в сетях освещения. Плавность стабилизации полностью устраняет или частично сглаживает перепады сетевого напряжения, делая менее заметными и раздражающими глаза скачки света, излучаемого лампами светильников. Справедливости ради, заметим, что это относится лишь к светильникам с лампами накаливания и галогенными лампами. С осветительными приборами с газоразрядыми лампами, работающими с пускорегулирующей аппаратурой – люминесцентными, КЛЛ (энергосберегающими) и т. д. или набирающими все большую популярность светодиодными подобного эффекта, разумеется, не будет.

Стабилизатор напряжения электромеханического типа

Что собой представляет данный прибор? По сути, это трансформатор (вольтодобавочный), который самостоятельно регулирует напряжение на подающем шлейфе. То есть, нет необходимости что-то подкручивать, если появилась необходимость добавить несколько вольт, как это делается с релейными аналогами.

В настоящее время область применения электромеханических стабилизаторов достаточно обширна. Это не только помещения бытового назначения и офисы, востребованы эти приборы и в тех местах, где используется высокоточное электронное оборудование. К примеру, в медицинских учреждениях.

Классификация стабилизаторов

Основное разделение стабилизаторов напряжения электромеханических производится по самому напряжению. То есть, они бывают однофазными (220 вольт) и трехфазными (380 вольт). Понятно, что первые чаще всего используются в частном секторе и в офисных помещениях, вторые в больших учреждениях и на производстве. Хотя сегодня, когда у населения появилась возможность строить большие собственные дома, в которых размещается огромное количество бытовой техники, трехфазные стабилизаторы напряжения стали устанавливаться и в них.

По своему исполнению приборы представлены настенными моделями, напольными, настольными, могут крепиться как в горизонтальном положении, так и в вертикальном. То есть, производители учли все варианты удобного расположения, зависящего от места установки аппарата. Необходимо отметить, что эти стабилизаторы напряжения обладают очень точной установкой напряжения, работают без посторонних помех, прекрасно себя показали при краткосрочных высоких перегрузках, при этом обладают достаточно широким интервалом стабилизации самого напряжения.

И третья позиция разделения – это мощность прибора. В настоящее время производители предлагают очень широкий модельный ряд в этом плане. Здесь и простые маломощные стабилизаторы напряжения 500 кВА, и высокомощные агрегаты до 20000 кВА. Необходимо отметить, что чисто конструктивно две позиции (220 и 380 вольт) отличаются между собой тем, что первый вариант – это один трансформатор и один щеточный блок, в конструкции второго могут присутствовать два или три трансформатора.

Достоинства и недостатки

Электромеханические стабилизаторы напряжения обладают широким рядом преимуществ перед другими аналогами:

• широчайший диапазон входного напряжения;
• высокая точность выходного показателя напряжения, искажения практически отсутствуют;
• безопасная работа при высоком входном напряжении краткосрочного действия в независимости от того это будет напряжение 220 вольт или 380;
• низкая чувствительность (практически полное ее отсутствие) к рабочей частоте дает возможность использовать трехфазные стабилизаторы напряжения на промышленных объектах;
• бесшумная работа даже при самых высоких скачках напряжения в подающей сети.

Не обошлось и без недостатков:

• к сожалению, это не электронный прибор, поэтому в конструкции электромеханического стабилизатора присутствуют подвижные элементы, которые раз в 5-6 лет придется менять на новые;
• раз в десять лет производители рекомендуют менять сервопривод щеточного блока;
• если напряжение в подающей сети падает ниже 180 вольт, то практически все производители не гарантируют его повышение на выходе до заявленного паспортного значения;
• однофазные аналоги не приспособлены работать при низких температурах, поэтому лучше всего устанавливать их внутри отапливаемых помещений;
• не очень высокая скорость стабилизации, конечно, если сравнивать с другими моделями;
• есть ли необходимость данный момент относить к недостаткам, каждый решает сам, но работа сервопривода электромеханического стабилизатора сопровождается щелчком, который действует доли секунд.

Правила пользования стабилизатором

При вашем выборе релейного типа стабилизатора, необходимо регулярно проводить его обслуживание, в том числе ежегодно тщательно его осматривать внутри корпуса. При осмотре нужно обращать внимание на:

• Надежность крепления соединений проводников.
• Уровень охлаждения и циркуляции воздуха в корпусе прибора.
• Имеются ли повреждения.
• Точность работы указателей измерения.

При обнаружении слабых соединений, пыли, необходимо выключить из сети стабилизатор и произвести его обслуживание, очистив его и затянув все крепления контактов. Помещение, в котором находится стабилизатор напряжения, должно проветриваться и быть сухим. Влажность в помещении не должна быть более 80%. При работе в корпусе стабилизатора отверстия для вентиляции должны иметь доступ воздуха.

Габаритные размеры

Габаритные размеры стабилизаторов этих видов вполне сопоставимы, здесь с небольшим преимуществом (разница всего 5-10%) побеждает релейный стабилизатор, его габариты чуть меньше, чем у механического.

Однофазный стабилизатор от компании «Энергия»

Одной из интересных моделей на рынке, является однофазный электромеханический стабилизатор напряжения «Энергия HYBRID СНВТ 10 000». Стабилизатор напряжения высокой точности представляет собой удачное техническое решение, где в одном устройстве, объединены электромеханический стабилизатор и дополнительный релейный узел. Это позволяет прибору работать при большом разбросе напряжения сети. Он обеспечивает выдачу напряжения 220В ± 3% при входных величинах от 105 до 280В.

Стабилизатор имеет систему «Байпас» и защиту от перегрузки и превышения напряжения на входе выше критической. Однофазный стабилизатор «Энергия HYBRID СНВТ 10 000» может использоваться как в быту, так и на производственных объектах. При подключении прибора к системам освещения отсутствует эффект мерцания ламп, так как не происходит разрыва фазы.

Выбирая электромеханический стабилизатор напряжения, следует обращать внимание на технические характеристики устройства, на качество электричества в месте эксплуатации и температурный режим.

Точность поддержания напряжения и номинальная величина выходного напряжения

Две этих важных характеристики, на деле показывают одно и то же, точность стабилизации, поэтому они объединены в один общий пункт. Как вы понимаете, эта характеристика очень важная и показывает насколько точно стабилизатор корректирует входящее напряжение.

Так, например, механический стабилизатор имея точность 2%, в нормальном режиме работы, будет выдавать напряжение в диапазоне от 216 до 224 Вольт, а это очень хороший показатель, даже самые чувствительные приборы не заметят такие изменения напряжения, для большинства из них это заложенные производителем нормальные режимы работы.

При этом релейный стабилизатор со своими 8% точности, будет давать выходное напряжение уже в диапазонах от 202 до 238 Вольт, а вот это уже существенная разница, не каждый прибор будет работать в штатном режиме при таком напряжении.

Таким образом, по точности стабилизации механический стабилизатор безоговорочно выигрывает у релейного.

Время регулирования

Время регулирования напряжения, она же скорость стабилизации, еще один наиважнейший показатель и здесь ситуация складывается совсем другая.

Так релейный стабилизатор, реагирует на изменения входящего напряжения со скоростью 10 миллисекунд, при этом ему не важно на сколько оно упало или выросло (в пределах своего рабочего диапазона 140-260В), он за эти доли секунды сменит режим и будет выдавать напряжение 200+/- 8%.

В это же время электромеханический стабилизатор имеет скорость стабилизации всего 10 Вольт в секунду. Таким образом, если падение напряжения составит 30 Вольт (входящее напряжение будет 190В), сервоприводной модели потребуется порядка 3 секунд чтоб