Разновидности стабилизаторов
22/05/2019
Содержание:
1. Феррорезонансные стабилизаторы.
2. Электромеханические стабилизаторы.
В настоящее время в России растет спрос на стабилизаторы напряжения. Это связано с качеством электроэнергии поставляемой сетями, проблемами возникающими в сетях и с активным использованием этих электроприборов во всех сферах жизнедеятельности современного человека. В нашей стране представлен большой выбор стабилизаторов как отечественного так и зарубежного производства, удовлетворяющих практически любые запросы покупателей. Однако следует понимать, что каждый стабилизатор, несмотря на его мощность и стоимость, построен по типовой схеме (топологии), в основе которой – определённый физический принцип стабилизации электрической энергии. Всего таких топологий пять: феррорезонансная; электромеханическая; релейная; полупроводниковая; инверторная. Практически все виды стабилизаторов напряжения имеют свои преимущества и недостатки, которые в основном обусловлены схемой их построения. Основные параметры устройств каждого типа требуют пристального изучения, так как именно от их значений зависит эффективность работы выбранной модели стабилизатора с различной современной аппаратурой.
Феррорезонансные стабилизаторы.
Феррорезонансный стабилизатор получили широкое распространение в нашей стране в 50-60-х годах ХХ века. Это связано с появлением ламповых телевизоров и разнообразной бытовой техники, требующей защиты от колебаний электро сети. Стабилизаторы такого типа отличаются от большинства более современных моделей простотой электронной схемы и отсутствием автотрансформатора. Они понижают или повышают значение напряжения за счёт эффекта феррорезонанса – электромагнитного взаимодействия между двумя дросселями один из которых имеет ненасыщенный сердечник (входной), а второй насыщенный (выходной). Феррорезонансные стабилизаторы не имеют склонных к поломкам подвижных компонентов, что обеспечивает их надёжность и большой ресурс безотказной работы; высокую точность выходного напряжения за счёт плавного, безразрывного регулирования сетевого сигнала; устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды; быстродействие это несомненоо плюсы использования стабилизаторов данного типа. Но есть и не достатки к которым можно отнести: шумность работы – гул от встроенных трансформаторов ощущается даже через стену; повышенное тепловыделение; большой вес и крупные габариты; малый диапазон регулируемого входного напряжения – более узкий, чем предельные значения отклонений, встречающихся в отечественных сетях; невысокий КПД вследствие значительных потерь энергии на нагрев; неспособность работать при перегрузках и на холостом ходу; искажения синусоиды. Сышатоить отметить, что все указанные недостатки характерны в первую очередь для классических феррорезонансных стабилизаторов первых поколений, в устройствах нового образца они максимально снижены или полностью исключены. Существенный минус современных моделей этой топологии - это их высокая цена, превющая не только стоимость изделий других типов, но и on-line ИБП соответствующей мощности. Применение. Несмотря на серьезные сдвиги в разработке более производительных, мощных и надежных преобразователей напряжения, устаревшие феррорезонансные стабилизаторы все еще пользуются спросом при работе с неприхотливой техникой такого же старого поколения. Приборы этой группы - не самый удачный вариант для бытового пользования по причине высокого уровня шумов и громоздкости конструкции, однако вполне могут быть использованы в подсобных помещениях или на загородных усадьбах при плюсовых температурах.
Электромеханические стабилизаторы.
Электромеханический стабилизатор появились практически одновременно с феррорезонансными, но имеют отличные от них конструкцию и принцип работы. Главные элементы любого устройства данной типа – автотрансформатор и подвижный токосъёмный контакт, выполненный в виде ролика, ползунка или щетки. Контакт перемещается по обмотке трансформатора, вследствие чего происходит плавное увеличение или уменьшение коэффициента трансформации и соответствующее изменение (коррекция) поступающего из сети напряжения. Основное достоинство электромеханических стабилизаторов напряжения – непрерывное регулирование с высокой точностью и без искажения синусоидальной формы сигнала. Также ключевым преимуществом является самая низкая стоимость электромеханических стабилизаторов на отечественном рынке. Эти устройства имеют и ряд существенных недостатков, делающих их не самым оптимальным решением для защиты многих видов нагрузки, а именно: низкое быстродействие, требуемым сервоприводу для срабатывания; возникновение кратковременных скачков выходного напряжения при резких перепадах входного, что пагубно влияет на чувствительные электронные компоненты защищаемого оборудования и осложняет применение в сетях с сильными перепадами напряжения; низкое качество фильтрации входных электромагнитных помех и трансляция возмущающего воздействия на выход устройства; низкая надежность из-за механически движущихся деталей, что значительно сокращает срок эксплуатации устройства, из-за чего именно этот тип стабилизаторов чаще всего выходит из строя. Дополнительные неудобства при эксплуатации электромеханических стабилизаторов в домашних условиях создают: повышенный уровень шума и возможное искрение при работе – следствие движения сервопривода по виткам катушки; громоздкая конструкция, большое количество механических узлов и деталей, и, соответственно, большой вес; необходимость периодического обслуживания подверженного износу узла механического контакта, надёжность которого снижается пропорционально числу срабатываний. Кроме того, приборы этой группы могут давать сбои при длительном использовании в условиях отрицательной температуры – такому оборудованию комфортнее в отапливаемых помещениях. Применение. Перечисленные недостатки обуславливают ограниченную сферу применения электромеханических стабилизаторов - они все еще востребованы в сетях без молниеносных скачков напряжения. Разумеется, такие устройства не подходят для бытового использования в домашних условиях, но вполне удачно используются в качестве временной стабилизации напряжения в подсобном хозяйстве, гаражах, небольших мастерских - там, где снижение температуры незначительно. Хотя рассматриваемый тип преобразователей постепенно уходит в прошлое и уступает место более современным конструкциям на релейной и тиристорной основе.
Релейные стабилизаторы относятся к электронным устройствам, действие которых построено на базе дискретного (ступенчатого) принципа стабилизации электроэнергии. Он заключается в автоматическом переключении обмоток автотрансформатора и выбора той, напряжение на которой максимально близко к номинальному. Коммутация необходимых для повышения или снижения входного напряжения контуров происходит благодаря срабатыванию силовых электронных реле. Управление процессом осуществляет специальный блок. Он контролирует характеристики сетевого напряжения и при их отклонении от установленного значения включает в работу ту или иную ступень стабилизации. Основное преимущество этих устройств перед электромеханическими аппаратами устаревших конструкций – повышенная скорость срабатывания (не более 10-20 мс). Кроме того, релейные стабилизаторы обладают простейшей структурой, в которой исключены сложные узлы и дорогостоящие компоненты, что упрощает их техническое обслуживание и ремонт. Релейные стабилизаторы не боятся перегрузок, чем и обусловлен их длительный срок эксплуатации. Также этот тип устройств выделяется сравнительно небольшими габаритами и малым весом. Они не требуют дополнительного охлаждения и отлично справляются со своими функциями в условиях отрицательных температур. Главный недостаток релейных стабилизаторов напряжения – дискретное (неплавное) регулирование. Стабилизаторы релейного типа сохраняют и ряд минусов присущих электромеханическим стабилизаторов: работа стабилизатора не бесшумна – срабатывание сопровождается звуковым эффектом подобным щелчку; реле подвержены механическому износу, в меньшей степени чем элементы сервопривода, но тенденция к ухудшению качества работы с увеличением срока эксплуатации сохраняется.
Тиристорные стабилизаторы можно рассматривать как результат развития и усовершенствования дискретного принципа стабилизации. Их конструкция и принцип работы схожи с аппаратами релейной топологии. Главное различие состоит в том, что переключение обмоток автотрансформатора выполняют не реле, а полупроводниковые силовые ключи – тиристоры, увеличивающие точность стабилизации и делающие работу устройства практически бесшумной. Тиристорные стабилизаторы имеют ряд приемуществ: бесшумность работы; быстродействие и увеличенной точности стабилизации; долговечность и надежность – полупроводниковые компоненты не подвержены механическому износу и имеют большой рабочий ресурс; широкий диапазон сетевого напряжения – возможна работа с большинством предельных отклонений; отсутствие генерации электромагнитных помех при работе; устойчивость к низким и высоким температурам окружающей среды; скромные габариты и небольшой вес; высокий КПД - отсутствие обмоток, реле и движимых элементов снижает уровень собственного энергопотребления. Применение тиристорных ключей не способно полностью исключить основной недостаток дискретного принципа работы – ступенчатые скачки напряжения. Они неминуемо возникают при переключении трансформаторных обмоток и снижают точность стабилизации, повышение которой, как и в релейных моделях, негативно влияет на быстродействие устройства. Даже самые современные стабилизаторы на полупроводниковых элементах не гарантируют безразрывное электропитание и сигнал идеальной синусоидальной формы. Определённые проблемы могут возникнуть, например, при работе с профессиональным аудио-видео оборудованием – помехи создаваемые при ступенчатом переключении отрицательно скажутся на качестве картинки и звука. Ещё один минус тиристорных стабилизаторов – чувствительность к перегрузкам, которые могут привести к выходу из строя электронных ключей.
Симисторный стабилизатор являются одним из типов тиристорны, то и принцип работы стабилизаторов на их базе существенно не различаются. Разница заключается в том, что в отличие от тиристоров, симисторы способны пропускать ток в обоих направлениях, поэтому нет необходимости в параллельно-встречном подключении двух тиристоров. Также при подключении индуктивной нагрузки симисторы более уязвимы для скачков напряжения, нежели тиристоры, и требуют дополнительной защиты. Хотя этот недостаток компенсируется тем, что в симисторных устройствах применяется более простая электронная схема. В целом же симисторные стабилизаторы обладают теми же преимуществами, что и тиристорные: низкий уровень шума при работе; быстрое реагирование на сетевые изменения, скорость составляет 10-20 мс; высокий уровень КПД, достигающий 98%, что выделяет их среди конкурентов более старых поколений; устойчивость к перегрузкам - например, тиристорные стабилизаторы способны проработать до 12 часов при перегрузке в 20%; долговечность прибора при работе на износ, но в то же время дорогостоящий ремонт в случае выхода из строя одного из компонентов; способность выдерживать температурные перепады, но уязвимость для повышенных уровней влажности. Также устройства не лишены некоторых недостатков: низкая точность регулирования, обусловленная ступенчатой стабилизацией; более габаритная конструкция, по сравнению с тиристорными стабилизаторами.
Инверторные стабилизаторы Штиль серии "ИнСтаб" Это наиболее современный вид стабилизаторов – серийное производство начато в конце 2000-х годов. Принцип действия данных устройств схож с on-line ИБП и построен на базе прогрессивной технологии двойного преобразования энергии. Сначала выпрямитель превращает входное переменное напряжение в постоянное, которое затем накапливается в промежуточных конденсаторах и подаётся на инвертор, осуществляющий обратное преобразование в переменное стабилизированное выходное напряжение. Инверторные стабилизаторы кардинально отличаются от релейных, тиристорных и электромеханических по внутреннему строению. В частности, в них отсутствует автотрансформатор и любые подвижные элементы, в том числе и реле. Соответственно, стабилизаторы двойного преобразования избавлены от недостатков, присущих трансформаторным моделям. Алгоритм работы этой группы устройств исключает трансляцию любого внешнего возмущающего воздействия на выход, что обеспечивает полную защиту от большинства проблем электроснабжения и гарантирует питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы со значением максимально приближенным к номинальному (точность ±2%). Кроме того, инверторная технология устраняет все недостатки характерные другим принципам стабилизации электрической энергии и обеспечивает моделям, реализованным на её базе, уникальное быстродействие – стабилизатор реагирует на изменение входного сигнала мгновенно, без задержек во времени (0 мс)! Другие важные преимущества инверторных стабилизаторов: максимально широкие границы рабочего сетевого напряжения – от 90 до 310 В, при этом идеальная синусоидальная форма выходного сигнала сохраняется во всем указанном диапазоне; непрерывное бесступенчатое регулирование напряжения – исключает ряд неприятных эффектов, связанных с переключением порогов стабилизации в электронных (релейных и полупроводниковых) моделях; отсутствие автотрансформатора и подвижных механических контактов – повышает ресурс работы и снижает массу изделия; наличие входного и выходного фильтров высоких частот – эффективно подавляют возникающие помехи. Но учитывая технические требования современной бытовой техники и одновременно сохраняющуюся тенденцию перепадов сетевого напряжения, инверторные стабилизаторы сегодня являются самым экономически оправданным вариантом для постоянного пользования как в частных домах и загородных коттеджах, так и на промышленных объектах. Они гарантируют устойчивое, корректное функционирование дорогостоящей бытовой техники и чувствительных электронных устройств при любом качестве питающей сети.