Про стабілізатори напруги

Скоріше за все більшість з нас не раз зустрічалися з таким явищем, як дуже низька (або навпаки – надто висока) напруга в електромережі. При низькій напрузі не лише тьмяно світять лампи, але й більшість сучасної побутової техніки просто перестають нормально працювати. А коли ж напруга значно перевищує допустимий рівень, то чутливі побутові прилади взагалі можуть вийти з ладу. В таких ситуація перше, що спадає на думку – це встановити стабілізатор напруги. Однак коли ми починаємо вибирати, який саме стабілізатор купити, то... розгублюємося від ширини пропозицій. 🙂 Маленькі та великі, дешеві і не дуже... Якого ж вибрати? Спробуємо зараз з цим розібратися.


Питання вибору потужності стабілізаторів напруги широко освітлене всюди, і тому ми тут не будемо в котрий раз це повторювати. Зрештою, в будь-якій нормальній „електричній” компанії кваліфіковано розрахують необхідну потужність стабілізатора для кожного конкретного випадку. Ми ж зосередимося на типах стабілізаторів напруги за принципом дії, та на їх перевагах і недоліках. А також оглянемо пропозиції основних виробників.

Стабілізатори напруги релейного типу.

Це найбільш поширений тип стабілізаторів, в яких регулювання вихідної напруги здійснюється перемиканням відводів обмоток автотрансформатора за допомогою електромагнітних реле. Особливістю стабілізаторів цього типу є ступенева зміна вихідної напруги з кроком 5-20 В, що може відображатися в морганні (мерехкотінні) ламп розжарювання. Крім того, контактна група електромагнітних реле з часом зношується, особливо при комутуванні великих струмів. Тому цей тип стабілізаторів не підходить для застосування в дуже нестабільних електромережах, та для живлення потужних споживачів. Однак для захисту окремих малопотужних електроприладів (наприклад, побутових опалювальних котлів, оргтехніки) у відносно "спокійних" електромережах використання релейних стабілізаторів напруги цілком виправдане.

За ціною релейні стабілізатори найбільш доступні, оскільки вони дуже прості за схемотехнікою, і побудовані на недорогих компонентах.

Основним „виробником” релейних стабілізаторів напруги є Китайська Народна Республіка. 🙂 Хто б сумнівався... Причому, китайці не соромляться продукувати релейні стабілізатори навіть на 10 кВА, хоча комутувати за допомогою електромагнітних реле струми в 60-70 А – це, м’яко кажучи, авантюра. Бо на таких струмах контакти в реле швидко „підгорять”, або ж взагалі „злипнуться”. 🙂 До того ж китайські стабілізатори напруги (загалом всі, і не лише релейні) виконані на дешевих компонентах і „впритик” по робочим струмам, без запасу на випадок перевантажень (пускових, наприклад). Також з метою зниження собівартості схемотехніка більшості китайських стабілізаторів максимально спрощена, часто відсутні елементарні захисні вузли, що деколи призводить навіть до пожеж...

На відміну від китайців, основні вітчизняні виробники випускають релейні стабілізатори переважно малої потужності, до 2,5 кВт. Причому реле в них встановлюють з багатократним запасом по струму. Але в останні роки деякі відомі українські виробники теж розширили лінійки своїх релейних стабілізаторів до потужностей в 5-8 кВт, а дехто й до 14 кВт. З нашої точки зору це виключно комерційно-мотивований крок, покликаний збільшити об’єми продажу... Невидима рука ринку, ага...

Наступними, передусім за вартістю та надійністю, йдуть сервоприводні стабілізатори напруги. Або ж їх ще по-іншому називають „сервомоторні”, „електромеханічні” чи „електродинамічні”.

В сервоприводних стабілізаторах напруга регулюється переміщенням по обмоткам автотрансформатора спеціального повзунка-струмознімача, який приводиться в рух електромоторчиком (сервоприводом). Пам’ятаєте з уроків фізики лабораторні автотрансформатори (ЛАТР-и)? Ну то ось це практично такі ж самі ЛАТР-и, тільки з моторчиком. 🙂

Особливістю сервоприводних стабілізаторів є плавне та досить точне регулювання вихідної напруги (± 1-3%), що дозволяє використовувати їх для живлення систем освітлення. Однак недоліком стабілізаторів цього типу є низька швидкість реакції на зміну вхідної напруги (20-40 В/с). Тому сервоприводні стабілізатори непридатні для використання при значних різких стрибках напруги (наприклад, коли в мережі працює „дикий електрозварювальник”), оскільки вони просто не встигатимуть компенсувати такі стрибки. Але стабілізатори цього типу цілком доцільно застосовувати для компенсації плавних добових чи сезонних змін напруги в електромережі. Наприклад, як в поширеній ситуації, коли вранці або ввечері мережа перевантажена і напруга знижена, а вночі мережа поступово розвантажується і напруга плавно зростає. Або ж аналогічно буває зимою мережа перевантажена, а літом – розвантажена.

„Хворобою” сервоприводних стабілізаторів напруги є струмозйомні щітки (переважно графітові), які з часом просто стираються. І взагалі вся конструкція таких стабілізаторів не надто надійна, оскільки побудована на механічних вузлах, які мають властивість зношуватися. Механізми сервомоторних стабілізаторів потребують періодичної „чистки і змазки”.

Однак у „спокійних” електромережах сервоприводні стабілізатори напруги доволі надійні. Також вони добре витримують пускові перевантаження різноманітними насосами, компресорами тощо.
Основним виробником сервомоторних стабілізаторів теж є китайці. 🙂 Характерна особливість китайських „сервомоторників” така ж, як у їхніх „релейників” – максимально спрощена схемотехніка та використання найдешевших компонентів. Зате недорого. 🙂

В Україні ЖОДЕН виробник не випускає сервомоторних стабілізаторів. Бо якщо підходити до їх виробництва відповідально, то вартість таких стабілізаторів стає надто високою, і тоді вони вже не конкурують з китайськими „аналогами”. Адже виробництво точної та надійної механіки на сучасному етапі технологічного розвитку набагато складніше та дорожче, ніж „чиста електроніка”. Тому й загалом в світі дуже мало компаній (окрім китайських), які продукують сервоприводні стабілізатори напруги. До прикладу, сервомоторні стабілізатори італійської компанії ORTEA в кілька разів дорожчі за вітчизняні електронні стабілізатори аналогічної потужності.

Ну ось так плавно ми підійшли до групи електронних стабілізаторів напруги. До цієї групи належать ферорезонансні стабілізатори, симісторні та тиристорні, а також стабілізатори з подвійним перетворенням.

Принцип дії ферорезонансних (феромагнітних, магніторезонансних) стабілізаторів напруги ґрунтується на явищі магнітного резонансу в конутрі трансформатор-конденсатор. Колись давно стабілізатори цього типу широко застосовувалися для живлення лампових телевізорів.

Ферорезонансні стабілізатори напруги мають високу точність та швидкодію, однак вони працюють у вузькому діапазоні вхідної напруги (185-255 В) та дуже спотворюють її форму. Саме через спотворення форми вихідної напруги такі стабілізатори не підходять для живлення більшості сучасних побутових приладів. Також для феромагнітних стабілізаторів неприпустима робота з неповним навантаженням, бо вони в такому „недовантаженому” режимі перегріваються. Пам’ятаєте ще ті старі радянські стабілізатори від лампових телевізорів? Саме через значне нагрівання в „холостому” режимі в них усіх була пожовкла, або й навіть розплавлена верхня кришка.

Через свої недоліки ферорезонансні стабілізатори напруги в наш час не надто поширені. Їх навіть китайці не дуже охоче продукують. 🙂 Хоча, деякі китайські компанії їх все ще випускають, але в нашій місцевості феромагнітні стабілізатори практично не зустрічаються.

Ступеневі симісторні та тиристорні стабілізатори напруги.

Принцип дії стабілізаторів цього типу аналогічний до релейних, однак перемикання відводів силового автотрансформатора здійснюється електронними ключами (симісторами та тиристорами). Тому вихідна напруга теж регулюється ступенево, що накладає деякі обмеження на застосування таких стабілізаторів напруги для живлення систем освітлення. Однак це обмеження певною мірою долається шляхом зменшення кроку регулювання напруги. Але зменшення кроку регулювання вимагає збільшення кількості електронних ключів, що приводить до ускладнення пристрою та зростання його вартості.

Застосування електронних ключів дозволяє стабілізаторам цього типу досягти високої швидкодії та надійності порівняно з релейними, а також значно зменшити рівень шуму під час роботи.

Вартість симісторних та тиристорних стабілізаторів напруги вже суттєво вища, ніж релейних чи китайських сервомоторних. Висока вартість зумовлена не лише використанням відносно дорогих електронних ключів та інших компонентів, але й малою серійністю виробництва. Ну й банальна причина – дуже гроші потрібні виробникам. 🙂 А оскільки до справді масового виробництва ще не доросли, то доводиться завищені потреби та очікування компенсовувати високою маржою. Однак коли за справу візьмуться китайці, то й вартість різко і суттєво впаде. Втім, впаде і якість... Наразі ж у виробництві симісторних та тиристорних стабілізаторів напруги лідирує Україна, як не дивно... Хоча нічого дивного в цьому немає – в цивілізованому світі проблема зі стабільністю напруги в розетках не стоїть, а для китайців складність та вартість „симісторників” ще поки зависокі.

Окремою підгрупою електронних стабілізаторів напруги є тиристорні стабілізатори з фазо-імпульсною модуляцією (ФІМ). Особливістю таких стабілізаторів є плавність регулювання вихідної напруги, висока точність (± 1%) та швидкість реакції (10-20 мс). Однак є й ложка дьогтю в цій бочці меду – стабілізатори з ФІМ вносять додаткові нелінійні спотворення у вихідний сигнал. І хоч ці спотворення не перевищують 5-7%, однак в деяких випадках і для певних приладів такі спотворення можуть бути недопустимими. Втім, для більшості побутової техніки такий рівень спотворень форми напруги живлення не є критичним.

Вартість стабілізаторів напруги з ФІМ співмірна з вартістю ступеневих електронних стабілізаторів. На українському ринку такі стабілізатори представлені поки всього лише двома вітчизняними виробниками. Китайці таких стабілізаторів не випускають.

Ну і на останок розглянемо пристрої, які позбавлені всіх недоліків згаданих вище стабілізаторів напруги. Це блоки безперебійного живлення (ББЖ) з подвійним перетворенням (їх ще називають „он-лайновими” – On-Line). Фактично це „ідеальні” стабілізатори напруги. Ціни б їм не було б, якби не їх висока вартість... 🙂

В пристроях з подвійним перетворенням вхідна напруга спочатку випрямляється, і тоді вже заново генерується з заданими параметрами. Таким чином досягається дуже висока стабільність напруги та частоти, низький рівень нелінійних спотворень, і взагалі відсутнє поняття часу реакції, оскільки напруга генерується постійно і незалежно від її рівня та форми на вході. Завдяки вбудованим в такі ББЖ (або приєднаним окремо) акумуляторним батареям (АКБ) досягається найвищий рівень захищеності підключених приладів від будь-яких артефактів зовнішньої мережі. Бо в таких он-лайнових безперебійниках вихідна напруга генерується інвертором з напруги АКБ, а мережева напруга лише постійно підзаряджає ці АКБ. Навіть коли напруга в мережі зникне взагалі, то ББЖ продовжуватимуть живити підключені до них прилади, аж поки вистачатиме заряду акумуляторів.

ББЖ з подвійним перетворенням доцільно застосовувати в мережах з високим рівнем завад та низькою стабільністю параметрів, і для живлення чутливих приладів (наприклад, медичної техніки, апаратури зв’язку та ін.). Також їх використання ефективне в комплексних системах резервного живлення, де основним джерелом енергії є китайський дизельний або бензиновий електрогенератор. Адже більшість таких китайських генераторів настільки сильно спотворюють форму вихідної напруги, що від них не лише медтехніка відмовляється працювати, але й не запускається банальний газовий котел.

Блоки безперебійного живлення з подвійним перетворенням зараз випускає багато виробників у всьому світі. Загалом ціни на он-лайнові ББЖ доволі високі, оскільки самі-по-собі такі пристрої досить складні технічно, та ще й вартість їх компонентів теж висока (передусім, вартість акумуляторних батарей та вихідних транзисторів). Як і завжди, вартість та якість тісно пов’язані: китайські ББЖ доступні по ціні, а європейські чи американські – надійні. Вітчизняні виробники поки-що спромоглися освоїти виробництво лише малопотужних безперебійників з подвійним перетворенням, зайнявши таким чином свою вузьку нішу.

Ну ось десь так…

Мабуть, варто сказати ще кілька слів про виробників, ціни та якість. Переважно завжди ці два параметри перебувають в оберненій залежності один від одного. Якісне дешевим не буває. 🙂 Так само й поділяються виробники. Китайці переважно орієнтуються на масовість і відповідно на низьку вартість, не надто переймаючись низькою якістю. Бо хто ж пред’явить до них претензії – де ми, а де вони? А вітчизняні виробники мусять дбати про високу якість та надійність, щоб продавати хоч і небагато, зате дорого. Та й відповідальність за свою продукцію у наших виробників більша, бо спитати з них значно простіше, якщо раптом щось…

А що вибирати для себе, дешеве чи надійне – кожен вже вирішує сам, виходячи з власних пріоритетів та можливостей.

Сергій Тимощук, фахівець електротехнічної компанії «Акцент»

p.s. Щоб не робити нікому рекламу чи антирекламу, ми зумисно не згадували тут конкретних торгових марок, не називали ціни та не рекомендували ніяких конкретних моделей. Хоча про це теж є що сказати. Але кому цікаво, то заходьте до нас на сайт http://accent.lviv.ua/, а також телефонуйте та консультуйтеся.



---

Гостьовий пост. Він доступний і для Вас 🙂 Акція безстрокова. Умова - текст має бути україномовним, цікавим і корисним.

Коментарі

  1. Максим Пащенко коментує:

    Можна я статтю скопіпащу на російську зі зворотнім посиланням?

    1. ELECTRIC коментує:

      + посилання на http://accent.lviv.ua/ потрібно

        1. ELECTRIC коментує:

          кинеш потім лінк:)

  2. Vladislav коментує:

    я вже років 5 живу без стабілізаторів і нічо 🙂

    1. ELECTRIC коментує:

      побудуй особняк десь за межами обласного центру і будеш дуже класно ото нічо відчувати 🙂 А в місті це не суттєво, немає таких потреб як в окремому будиночку.

  3. lilumi коментує:

    гарна стаття. Це я тебе своїми питаннями вдохновив? чи так співпало? 🙂

    1. ELECTRIC коментує:

      здаєтсья твоє питання було після того посту але точно не скажу. А стаття – гостьова. Не я автор. Автор людина, котра займається тим питанням щодня.

      а твій випадок то трансформатор, там скаргу треба писати в рем, заяву і повідомити їх що копія в НКРЕ піде, то скоро порухаються але рем там унікальний 🙂