CC BY
54СОВРЕМЕННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ, ИХ РАЗНОВИДНОСТИ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
Автор: Голиков И.О., Виноградов А.В. Руководитель: Виноградов А.В.
Орловский государственный аграрный университет (ОрелГАУ)
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», 302019, г. Орел, ул. Ген. Родина, д. 69, 8(4862) 76-1107, [email protected]
Ключевые слова: стабилизаторы напряжения, регулирование напряжения, качество электрической энергии, обзор стабилизаторов напряжения.
Keywords: voltage regulators, voltage regulation, power quality, voltage stabilizers review.
В статье приведен обзор современных стабилизаторов напряжения. Дано определение стабилизатора напряжения. Разобраны достоинства и недостатки каждого вида. Выявлена необходимость поддержания напряжения в сети потребителя учитывая негативные последствия связанные с резкими перепадами напряжения. По итогам анализа выделен наиболее оптимальный вариант в соотношении цена / качество.
The article gives an overview of current voltage regulators. The definition of the voltage regulator. Dismantled the advantages and disadvantages of each type. Identified the need to maintain the voltage of the consumer given the negative consequences associated with rapid changes in voltage. On the analysis highlighted the best option in the price / quality ratio.
С 1 января 2013 года вступил в действие ГОСТ Р 541492010, регламентирующий нормы качества электрической энергии, согласно которому предел установившегося напряжения увеличивается до 10%. [1]
Учитывая негативные последствия, связанные с увеличением или уменьшением напряжения более чем на 5%, такие как перерасход электрической энергии, чрезмерный износ оборудования потребителей, вся ответственность за поддержание качества электрической энергии ложится на плечи самого потребителя как на заинтересованное в этом лицо. Самый простой
вариант для поддержания напряжения для рядового потребителя -использование индивидуального стабилизатора напряжения.
Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее неизменным напряжение на нагрузке при изменении значений питающего напряжения, температуры окружающей среды и при воздействии других дестабилизирующих факторов, которые могут привести к изменению напряжения на нагрузке. [2]
С материальной точки зрения стабилизатор напряжения — это электротехническое устройство, выполненное с использованием технических элементов, которые исполняют свои определенные функции в совокупности поддерживая напряжение на заданном уровне.
В настоящее время на рынке стабилизаторов предложено большое количество типов приборов от самых разных производителей для стабилизации напряжения, как в быту, так и в производстве.
Условно стабилизаторы напряжения можно разделить: по количеству фаз в сети:
- однофазные стабилизаторы напряжения
- трехфазные стабилизаторы напряжения по принципу работы:
- сервоприводные стабилизаторы напряжения;
- ступенчатые (электроннные) стабилизаторы напряжения;
- релейные стабилизаторы напряжения;
- симисторные стабилизаторы напряжения (тиристорные);
- феррорезонансные стабилизаторы напряжения ;
- стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием энергии;
- стабилизаторы с подмагничиванием. [3]
Остановимся на каждом типе стабилизаторов, коротко описав положительные стороны и недостатки данных устройств.
Сервоприводные (Электромеханические) стабилизаторы напряжения являются одними из самых дешевых и распространенных стабилизаторов. Данный тип стабилизаторов в основном изготавливают на базе автотрансформаторов с серводвигателями.
Главными достоинствами сервоприводных стабилизаторов является то, что такая система регулирования напряжения обеспечивает непрерывное и плавное регулирование, широкий диапазон регулирования выходного напряжения.
К недостаткам относится низкая надежность связанная с наличием подвижных частей и необходимость в их периодическом техническом обслуживании, чувствительность к перегрузкам, пожароопасность и наличие открытых контактов, повышенный уровень шума во время работы, большие габариты. В процессе регулирования теряется мощность. Кроме того, следует отметить, что система обладает очень низкой скоростью реагирования. Этот недостаток очевиден при резких изменениях входного напряжения, когда устройство продолжает по инерции корректировать значение выходного напряжения. [3,4]
Группа ступенчатых стабилизаторов это класс стабилизаторов, который включает в себя два вида этих устройств:
1) релейные стабилизаторы
2) симисторные стабилизаторы напряжения (тиристорные) Релейные стабилизаторы напряжения зарекомендовали
себя как один из самых надежных видов стабилизаторов. Это обусловлено, прежде всего, отсутствием подвижных частей. В схеме релейного стабилизатора вся работа по переключению отпаек автотрансформатора возлагается на реле. Время затрачиваемое при переключении может составлять от 2 до 12мс. Данный вид стабилизаторов подходит для бытовых и производственных нужд и способен обеспечить защиту дорогостоящей техники. К плюсам данного вида стабилизаторов можно отнести высокую скорость и точность стабилизации. Так, например, при точности стабилизации в 5% (напряжение одной ступени составляет 11В) скорость регулирования приблизительно равняется 180В/сек. В целом устройство устойчиво к помехам и не создает их, имеет хорошую перегрузочную способность и широкий температурный диапазон работы, а также большой диапазон стабилизации.
Недостаток релейных стабилизаторов заключается, прежде всего, в том, что увеличивая точность регулирования напряжения, обратно пропорционально увеличивается скорость, за которую эти регулировки производятся. Более того, увеличение точности требует большего числа ступеней автотрансформатора, а следовательно и большего числа коммутирующих элементов, тем самым снижая надежность устройства. [5]
Симисторный (тиристорный) стабилизатор - это устройство регулирования напряжения, в котором в качестве коммутирующих элементов, выступают симисторы (тиристоры).
Симистор - это полупроводниковый прибор, разновидность тиристора, предназначенный для коммутации нагрузки в сети переменного тока [6].
Устройства характеризуются высокой точностью (1-2,5%) и быстродействием (10-20мс). За счет отсутствия движущихся частей бесшумны и долговечны. Срок службы может достигать более 15лет. Не теряют мощность в процессе стабилизации как электромеханические стабилизаторы и обладают широким диапазоном рабочего напряжения (120-280 В).
Есть и негативные стороны. Устройство создает помехи в процессе стабилизации, которые негативно влияют на работу электронных устройств снижая их срок службы. Стоимость стабилизатора зависит от точности. При выходе входного напряжения ниже предела указанного в паспорте технического устройства нагрузка отключается, что куда более негативно, для подключенных к стабилизатору потребителей электрической энергии, чем изменение напряжение в пределах 10% установленных ГОСТ. Имеется общая болезнь ступенчатых стабилизаторов: при увеличении числа ступеней увеличивается точность, но падает надежность устройства. Кроме этого устройство имеет плохую устойчивость к перегрузкам по току и к перенапряжению.
Феррорезонансные стабилизаторы напряжения появились в 60 годах и получили широкое распространение в СССР ввиду того, что преобладало пониженное и неоднородное напряжение а следственно использование техники было расковано и не представлялось возможным. Это один из самых старых типов трансформаторов. Основан он на явлении феррорезонанса напряжения в контуре трансформатора с конденсатором, обеспечивающим непрерывное регулирование напряжения на нагрузке.
Сильной стороной феррорезонансных трансформаторов является большой ресурс безотказной работы и довольно высокая скорость регулирования выходного напряжения и точность проводимой регулировки, которая колеблется в пределах 1-3%.
Слабая же сторона это низкое КПД устройства, невозможность работы без нагрузки и несомненно шумность в работе. Кроме этого работа устройства вносит искажения в электрическую сеть, а напряжение на выходе стабилизатора зависит от частоты питающей сети и нагрузки. [7]
Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием энергии представляет собой устройства, в основе которых содержится выпрямитель и транзисторный инвертор с ШИМ управлением (широтно-импульсная модуляция).
К достоинству это разновидности стабилизаторов можно отнести широкий диапазон регулируемого напряжения, высокая скорость регулирования, возможность подавления шумов электрической сети и задание выходному напряжению правильной синусоидальной формы. Следует отметить, что устройство может работать без нагрузки.
Главный недостаток - невысокий КПД устройства.
Стабилизатор с подмагничиванием регулирует напряжение посредством изменения коэффициента
трансформации, подмагничивая стержни автотрансформатора специальным магнитопроводом с тиристорным управлением.
Данный вид стабилизаторов имеет высокую перегрузочную способность, высокую скорость и точность регулирования.
Недостатки выражены высоким уровнем шума при работе, узким рабочим диапазоном входных напряжений и большими размерами устройства. Работа устройства искажает синусоидальность напряжения.[8]
Вывод: Проанализировав все многообразие видов стабилизаторов напряжения, можно сказать, что использование того или иного вида стабилизатора зависит от конкретного случая и места применения данного устройства. Все виды стабилизаторов имеют свои сильные и слабые стороны, именно поэтому, очень важно, учитывая технические характеристики, правильно подобрать устройство, получив при этом желаемый эффект.
На данный момент наиболее выгодны для потребителей в соотношении цена / качество сервоприводные и симисторные стабилизаторы напряжения.
Сервоприводные стабилизаторы напряжения будут недорогими устройствами, которые могут найти свое применение в быту, осуществляя беспрерывное плавное регулирование. Однако следует учесть при выборе данного стабилизатора то, что использование устройства, при резких перепадах напряжения, будет неэффективным ввиду медленной скорости регулирования.
Если ключевым параметром при регулировании напряжения выступает быстродействие, то следует обратить свое внимание на релейные стабилизаторы напряжения.
Симисторные стабилизаторы напряжения имеют с релейными стабилизаторами сходные достоинства и недостатки. При этом первые обладают увеличенным сроком службы.
Учитывая это, можно сказать, что симисторные стабилизаторы напряжения являются на данный момент наиболее привлекательными для потребителей.
Список использованных материалов:
1. ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»
2. К.С.Сайкин, В.В.Тогулев, Методическая разработка для лабораторного практикума по радиофизике и радиоэлектронике -Казань - 1997г.
3. «Как выбрать стабилизатор напряжения для загородного
дома»
С. Серомашенко [Электронный ресурс]: URL: http://electrik.info/main/electrodom/285-kak-vybrat-stabilizator-dlya-zagorodnogo-doma.html
4. Румянцев А.А. Все о стабилизаторах напряжения (в помощь домашнему мастеру) / Издание 1. Теоретическое и практическое пособие для тех, кто решил установить себе в дом стабилизатор напряжения - Москва 2012.
5. Стабилизаторы напряжения IEK однофазные типа СНИ1. Руководство по эксплуатации. Паспорт - 2009г.
6. Белов С. «Симисторы (триаки) от Philips Semiconductors» / Журнал «Силовая электроника» №1 - 2006.
7. Шведова Ю.В.,Шведов В.Н, Горчаков Ю.А. компания "Штиль" - "Скрытая камера" (с 01.01.2005 г. "Грани безопасности") №11 (29) 2004 г. стр. 30-33
8. «Сравнение типов стабилизаторов напряжения»ООО "Электромир", 2010. Обновление 2012. [Электронный ресурс]: URL : http ://electromirbel.ru/sravnenie_tipov_stabilizatorov
УДК 621.311.1
