Стабилизаторы напряжения и ИБП

Стабилизаторы напряжения – суть применения и принцип работы

Несомненно, многие из нас в бытовых и рабочих ситуациях могли встречать такое явление, как перепад напряжения, или его падение, что в итоге могло привести к сбоям в работе электрооборудования, и даже к выходу его из строя. Такие ситуации своим возникновением нередко нарушали рабочий процесс,  а также приводили к простою в использовании оборудования, работающего от электросети, на короткое, а порой и на достаточно долгое время. Особенно актуальными такие ситуации становятся для тех помещений, в строении которых используются старые коммуникации, а также при при перегрузке сети, которая возникает в случае одновременного использования многих приборов. А если при этом один или несколько из них потребляют высокую мощность – сбоев в работе электросети практически не избежать.

Независимо от того, какое именно оборудование и какие электроприборы используются – для обеспечения их корректной работы и комфортного применения стоит следить за тем, чтобы не возникало перегрузки сети по мощности, а также, чтобы напряжение, которое подается на приборы, имело стабильный характер. Но ведь по факту, от наличия перепадов напряжения в электросети никто не застрахован. Но в целом, данная ситуация является вполне решаемой. Для стабилизации параметров достаточно будет установить и использовать дополнительное оборудование, каковым являются стабилизаторы напряжения.

Стабилизаторы напряжения представляют собой устройства электронного или электромеханического типа, основной функцией которого является поддержание оптимальных параметров напряжения, подаваемого из электросети для питания приборов, в случае наличия перепадов входного напряжения (любой величины), и изменения параметров выходного тока нагрузки сети.

Если описать работу стабилизатора простыми словами – он обеспечивает прием входного сигнала с наличием перепадов, и выполняет его стабилизацию по параметрам, чтобы на выходе предоставить напряжение с постоянным значением. При этом, качество стабилизации должно быть максимальным, с погрешностью, равной или приближенной к нулю, независимо от того, какие параметры имел сигнал, поданный на вход стабилизатора.

Сигнал стабильного напряжения визуально представлен в виде правильной синусоиды. Правильной является синусоида, в шагах которой исключено наличие неравномерных подъемов и помех.

Технически стабилизатор представляет собой единую в работе совокупность элементов, которые, выполняя каждый свою функцию, совместным взаимозависимым действием обеспечивают приведение перепадов сигнала к стабильной величине.

Классификация современных стабилизаторов напряжения

Основную классификацию стабилизаторов можно произвести, исходя из типа напряжения, которое данное устройство предоставит на выходе:

• Постоянного напряжения;
• Переменного напряжения.

В целом, большинство типов стабилизаторов предоставляют на выходе тот тип напряжения, который был получен на входе. Некоторые типы стабилизаторов на входе имеют один тип напряжения, а на выходе – другой.

Второе разделение стабилизаторов можно выполнить, исходя из номинального напряжения электрической сети, которое допускает применение стабилизатора. Сюда входят два типа устройств:

• Однофазные (номинальное напряжение 220/230 В);
• Трехфазные (номинальное напряжение 380/400 В).

Что касается диапазона мощности работы стабилизаторов – тут какое-либо разделение на классы будет выполнить достаточно сложно. В целом можно сказать, что спектр мощности работы стабилизаторов напряжения является очень широким. Представлены модели с показателем мощности от нескольких Вт, а также встречаются и устройства с мощностью в несколько МВт. Собственно, в зависимости от мощности работы стабилизаторов, среди них можно выделить устройства промышленного типа – которые рассчитаны на работу в электросетях с большим количеством приборов, и большой неравномерной нагрузкой.

Отличаются стабилизаторы также процентным диапазоном изменения напряжения на входе. Вариантов данных показателей достаточно много, и зависит диапазон от принципа работы стабилизатора. Но в целом, тут можно выделить связь этого параметра с габаритами устройства. Конечно же, при всех показателях технических и функциональных характеристик, размер данного прибора не является последним фактором, который учитывается пользователем при выборе. Главная закономерность – чем больше диапазон изменения входного напряжения – тем габариты стабилизатора больше (даже если показатель его выходной мощности не будет отличаться от показателя другого устройства, с меньшим диапазоном).

Также, выделяют две основных группы стабилизаторов, в зависимости от принципа выполнения процесса стабилизации:

• Устройства, выполняющие корректировку параметров напряжения, путем компенсации;
• Устройства, которые выполняют накапливание энергии и ее последующее  предоставление на выход в виде стабильного напряжения.

Современный рынок стабилизаторов напряжения, корректирующих параметры, в зависимости от конструкции и принципа работы, включает в себя несколько их типов:

• Электронные (ступенчатые) – выполняют стабилизацию, при помощи переключения обмотки специального трансформатора путем использования электронных ключей. Для управления ключами используется процессор, и программный алгоритм управления;
• Статические (электронные переключаемого типа);
• Компенсационные (электронные плавного переключения);
• Сервоприводные (электродинамические, механического/электромеханического типа) – выходное напряжение в которых регулируется с использованием  автоматического перемещения токосъемных элементов по трансформаторной обмотке, до момента достижения необходимых показателей стабильного напряжения. Только данный тип корректирующих стабилизаторов выполняет плавное регулирования без искажения, формируя на выходе правильную синусоиду;
• Релейные – напряжение в которых стабилизируется, путем изменения состояния обмотки трансформатора при помощи постепенного переключения силовых реле, до выполнения необходимых параметров на выходе;
• Феррорезонансные (ферромагнитные) – имеют простую конструкцию, в составе которой – два дроссели, один из которых имеет сердечник с магнитным зазором, и конденсатор.  Стабилизация напряжения выполняется благодаря подбору дросселей и конденсатора с определенными необходимыми параметрами. Данные стабилизаторы на сегодняшний день не являются достаточно широко используемыми, однако применяются для стабилизации напряжения простых бытовых электроприборов, таких как телевизор, холодильник и прочие;
• Комбинированные (гибридные).

Последняя группа (накапливающие энергию стабилизаторы) включает в себя такие типы:

• Система «двигатель-генератор» - основной принцип работы которой основан на преобразовании электрической энергии при помощи электродвигателя в кинетическую, после чего выполняется обратное преобразование с применением генератора. Применяется в трехфазных системах, в большинстве на важных стратегических объектах;
• Стабилизаторы феррорезонансного типа – в основе работы применяют электромагнитные колебания. Применяются совместно с приборами и механизмами, использование которых влечет за собой наличие сильных помех в электросети;
• Инверторные стабилизаторы – используют промежуточные емкости, которые накапливают энергию, полученную после преобразования переменного напряжения, после чего выполняют преобразование постоянного напряжения обратно в переменное (при помощи электронного генератора) со стабильными характеристиками;
• Источники бесперебойного питания – выполняют накопление энергии в аккумуляторы, после чего при помощи генератора преобразовывают постоянное напряжение в переменное, с необходимыми стабильными характеристиками, и передают его на выход, для питания электроприборов.

Важные показатели в работе стабилизатора

При выборе стабилизатора главное правильно учесть все необходимые параметры. Это позволит выполнить стабилизацию напряжения с максимальной эффективностью, и сэкономить затраты как при покупке стабилизатора, так и в последствии, в процессе его использования.

Выделяют такие основные параметры, которые являются основными, характеризующими работу стабилизатора:

• Скорость стабилизации (быстродействие) – представляет собой временной промежуток в миллисекундах, за который стабилизатор реагирует и выполняет изменение параметров входного напряжения на 1 Вольт. Соответственно, чем меньший показатель присвоен данному параметру – тем лучше;
• Точность стабилизации – показывает допустимый процент отклонения (погрешности) реальных полученных на выходе параметров напряжения (после выполнения стабилизации) от номинальных параметров;
• Возможность обеспечения работы с указанной производителем мощностью во всем диапазоне напряжения входа;
• Возможность эффективного избегания перегрузок;
• КПД  (который, в зависимости от типа стабилизатора, может составлять до 98%).

Если опираться на информацию, взятую из применяемых стандартов – исходя из требований ГОСТ 13109-97, максимальное допустимое отклонение напряжения, используемого для питания электроприборов, составляет 10%. При этом, большинство электроприборов, которые в большом количестве используются в бытовых условиях, могут успешно работать при питании с напряжением, параметры которого отклоняются от номинальных на 8%.

Показатель погрешности работы современных стабилизаторов, благодаря применению микропроцессорных технологий, составляет порядка нескольких процентов, а то и меньше одного. Потому, каждый может быть уверенным, что применение стабилизатора в сети электропитания действительно будет уместным.

В свою очередь, показатель точности стабилизации в 1-2% обеспечивает такие преимущества:

• При таком параметре фактическая мощность электроприборов, питающихся от данной электросети, максимально соответствует мощности, указанной в паспорте устройства (заявленной производителем);
• При отклонении до 1% возможна эффективная и точная работа высокотехнологичного и точного оборудования (которым является, к примеру, медицинское). К слову, именно такой показатель является допустимым для сложных электроприборов, требующих высокой точности.