Правильный выбор стабилизатора напряжения имеет большое значение для надежной и бесперебойной работы различной электроаппаратуры и оборудования. Эти устройства обеспечивают защиту подключенной нагрузки от скачков напряжения в электросети, высоковольтных импульсов, пониженного или повышенного напряжения. Подобные проблемы существуют во многих российских энергосистемах. Они связаны с неравномерной загрузкой сетей в течение суток, изношенностью инфраструктуры, грозовыми и коммутационными разрядами, аварийными ситуациями на подстанциях, перекосом фаз вследствие неравномерного распределения электротока по фазам на силовых трансформаторах.

Скачки напряжения могут привести к следующим последствиям:

• разрушение чувствительных компонентов оборудования (контроллеров, микросхем, плат управления);
• неэффективная работа техники (медленный разогрев электроприборов, частые выключения из-за пониженного напряжения);
• перегрев обмоток электродвигателя, который ведет к пробою изоляции и полному выходу электромоторов из строя;
• повышение риска возгорания проводки и пожара.

Разновидности стабилизаторов

Существует несколько основных видов стабилизаторов напряжения:

1. Релейные. Эти устройства хорошо подходят для бытового применения — например, для защиты электрооборудования в частном доме или на даче. Они имеют достаточно простую конструкцию и доступной стоимость. Принцип их действия основан на автоматическом переключении обмоток автотрансформатора посредством силового реле. Недостатком этого типа стабилизаторов является ступенчатое регулирование, ограниченная выходная мощность, искажение синусоиды сигнала.
2. Электронные. Они бывают симисторными и тиристорными. Схема стабилизаторов напряжения включает автотрансформатор и электронные ключи, а принцип работы заключается в коммутации обмоток трансформатора симисторами или тиристорами. Использование электронных переключателей вместо механических реле обеспечивает высокую скорость и низкую шумность переключения. При этом сравнительно низкая точность регулировки не позволяет применять эти устройства для особо чувствительных потребителей.
3. Электромеханические (сервоприводные). Плавно регулируемые устройства, которые работают по принципу реостата. Оснащаются подвижными роликовыми контактами, которые перемещаются по обмотке автотрансформатора при помощи электропривода. Они отличаются невысоким быстродействием, поэтому их лучше использовать в электросетях без резких перепадов напряжения
4. Феррорезонансные. Для стабилизации напряжения здесь применяется эффект феррорезонанса в электроцепи конденсатор-трансформатор. Это оборудование характеризуется высоким быстродействием, плавной коммутацией, точностью регулировки. Это самый надежный и долговечный вид стабилизаторов напряжения. К его недостаткам относится сравнительно большой вес и малый диапазон регулирования. Феррорезонансные модели, как правило, применяют для защиты мощного однофазного и трехфазного электрооборудования — станков, автоматических линий, железнодорожного подвижного состава, телекоммуникационной техники.
5. Инверторные. Самый дорогой и совершенный тип стабилизаторов напряжения. Его электросхема включает выпрямитель и инвертор, которые сначала преобразуют переменный ток в постоянный, а затем опять в переменный. К преимуществам такого принципа действия и схемы стабилизатора напряжения относится широкий диапазон и повышенная скорость регулировки, бесшумная работа, компактность, наличие дополнительных функций. Кроме того, устройство обеспечивает фильтрацию помех и высокочастотных выбросов, отличается высокой точностью нормализации выходных характеристик, имеет КПД свыше 90%.

Схемы подключения стабилизатора напряжения

Однофазные стабилизаторы можно подключить по двум основным схемам:

• Устройство устанавливается в разрыв фазы между электросчетчиком и вводным автоматическим выключателем, находящимся в распределительном щитке. Нейтраль или землю необходимо подсоединять к специальному разъему на клеммнике стабилизатора. К выходным клеммам устройства подключается наиболее требовательная к качеству электропитания нагрузка. Остальные потребители запитываются от фазы до стабилизатора. Таким образом, стабилизированное напряжение будет идти только к самым важным приборам и оборудованию.
• Стабилизатор устанавливается в цепь между щитом и нагрузкой. Благодаря этому, все подключенные к сети потребители будут получать стабилизированное напряжение. Этот вариант требует более дорого и мощного аппарата.

Трехфазные устройства подключаются по следующей схеме:

1. Последовательно подключаем три фазных провода и нейтраль.
2. Надежно фиксируем провода в клеммных колодках.
3. Отключаем потребителей и подаем напряжение на стабилизатор.
4. Проверяем величины входного/выходного напряжения.
5. Выполняем включение нагрузки.

Трехфазный стабилизатор устанавливается между счетчиком электроэнергии с распределительным щитом и контуром энергопотребителей. Стоит учесть, что устройство потребляет в среднем в 3 раза больше энергии, чем однофазные модели. Также они сильнее греются, поэтому необходимо обеспечить эффективное охлаждение аппарата.

Расчет и правильный выбор стабилизатора

При выборе устройства нужно уделять внимание следующим техническим характеристикам:

• мощность. Она должна соответствовать суммарной мощности всех подключаемых электропотребителей (подробный расчет представлен ниже);
• номинальное напряжение. В однофазных электросетях оно составляет 220В, в трехфазных — 380В;
• тип стабилизатора (электронный, электромеханический, инверторный, релейный, феррорезонансный);
• диапазон входного напряжения. От него зависит минимальное и максимальное напряжение, при которых устройство будет выполнять стабилизацию;
• точность стабилизации;
• скорость регулирования. Чем выше быстродействие, тем ниже риск повреждения подключаемого оборудования из-за высоковольтного импульса;
• перегрузочная способность. Она позволяет выдерживать кратковременные скачки мощности, возникающие, например, при запуске электродвигателей;
• условия эксплуатации (запыленность, температура, влажность);
• шумность.

Теперь рассмотрим, как рассчитать мощность стабилизатора напряжения. Для этого можно использовать следующую формулу:

Р = (∑Wпот/Кн) + 15%,

где Р — мощность стабилизатора в ВА, ∑Wпот — паспортная сумма мощностей подключаемых потребителей в Вт, Кн — коэффициент нагрузки, 15% — резервный запас мощности.

Коэффициент нагрузки (cos φ) связывает полную мощность в ВА и активную мощность в Вт. Для приблизительного расчета можно принять Кн = 0,8.

Итак, при наличии на объекте, например, электроприборов общей мощностью 2 кВт, необходимая мощность стабилизатора будет равна:

Р = (2000/0,8) + 15% = 2875 ВА

Итоги

В статье были рассмотрены причины проблем с электроснабжением, описаны основные виды стабилизаторов напряжения, даны рекомендации, как подобрать и правильно подключить данные устройства.