Основные параметры для выбора стабилизатора

Стабилизатор напряжения – это устройство, которое позволяет выровнять напряжение до допустимого уровня. Стабилизатор, пропуская через себя повышенное или пониженное напряжение – 130, 150, 200 или 260 вольт, должен выдать напряжение в допустимом диапазоне.

Этот диапазон по российским стандартам должен быть от 200 до 240 вольт. Для большинства электроприборов напряжение в сети от 200 до 240 вольт является нормальным и гарантирует стабильную и безопасную работу. Исключение – дорогая профессиональная аудиотехника, некоторое медицинское и лабораторное оборудование, специальные электронные приборы.

На вход стабилизатора подается напряжение сети переменного тока. К выходу стабилизатора подключаются потребители электрической энергии. На выходе стабилизатора обеспечивается стабильное напряжение 220В/50Гц.

Как устроен стабилизатор напряжения?

Внутри стабилизатора находится трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны два мотка проволоки. Принцип стабилизации основан на эффекте электромагнитной индукции. Одним из проявлений этого эффекта является понижение или повышение выходного напряжения. 

Например, на первичной обмотке трансформатора есть 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт. Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, составит тоже 220 вольт. Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, составит уже 110 вольт. То есть возникает полезный эффект: при изменении количества витков на вторичной обмотке меняется и напряжение, которое выдаёт стабилизатор.

Если напряжение в сети (а значит и на первичной обмотке) уменьшилось, а мы хотим, чтобы на выходе оно осталось неизменным, то нужно добавить несколько витков вторичной обмотки. И наоборот – если напряжение в сети повысилось, то мы должны уменьшить число витков вторичной обмотки. Так мы сможем достичь желаемого эффекта – поддержания напряжения на требуемом уровне или стабилизации напряжения.

Как изменить количество витков вторичной обмотки?

Представим себе, что один из контактов вторичной обмотки – подвижный и может перемещаться от одного витка к другому. При этом количество витков проволоки, расположенных между контактами, меняется. А это значит, что напряжение на вторичной обмотке также меняется, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от того, в какую сторону мы перемещаем наш подвижный контакт.

Как управлять подвижным контактом?

Этим занимается специальный электронный блок управления. Его можно назвать «мозгом» стабилизатора, который при изменении напряжения командует, в какую сторону должен двигаться контакт, чтобы напряжение на выходе стабилизатора было таким, как нам нужно.

Какие параметры особенно важны при выборе стабилизатора напряжения?

1. Количество фаз в сети

Изначально электрическая сеть выходит от электростанции с тремя фазами. Далее она разветвляется на отдельные фазы. Такой метод применяется для создания наиболее эффективной передачи электрического тока от электростанции к месту назначения, а также для уменьшения потерь при транспортировке.

Чтобы определить количество фаз в квартире, необходимо открыть распределительный щит, расположенный на лестничной площадке, и посмотреть, какое количество проводов поступает в квартиру. Если сеть однофазная, тогда проводов будет два: фаза и ноль. Возможен еще третий провод – заземление. Если же электрическая сеть трёхфазная, тогда проводов будет 4 или 5. Три провода – это фазы, четвёртый – ноль, пятый – заземление.

Трёхфазные сети в квартирах применяются крайне редко. Число фаз в квартирах можно также определить по величине входного напряжения. В однофазной цепи напряжение 220В, в трёхфазной цепи между фазой и нулем тоже 220В, а напряжение между двумя фазами 380В.

Вывод

Если сеть однофазная, тогда и стабилизатор должен быть однофазным. Для трёхфазных потребителей выбирают трёхфазный стабилизатор или три однофазных. Для того, чтобы собрать трёхфазный стабилизатор из однофазных моделей необходимо обязательно использовать дополнительное устройство: блок контроля сети (БКС).

2. Диапазон стабилизируемого напряжения

Диапазон колебаний напряжения в сети или диапазон стабилизируемого напряжения – параметр, в котором стабилизатор может выравнивать напряжение до 220 вольт. Для разных марок стабилизаторов он разный. Бывает 100-250, бывает 150-270 и так далее. На всех стабилизаторах указывается рабочий диапазон напряжения. Рабочий диапазон – это значение напряжения на входе, при котором стабилизатор способен корректировать выходное напряжение. Если напряжение на входе превышает это значение, стабилизатор отключит все приборы. Всегда нужно убедиться в том, что напряжение в сети не будет выходить за пределы регулирования стабилизатора.

Вывод

Чтобы определить необходимый рабочий диапазон бытового стабилизатора напряжения для дачи или дома, нужно провести контрольные замеры входящего напряжения в сети в течение нескольких дней. Желательно делать это утром и вечером, когда нагрузка на сеть особенно велика. Крайние значения, полученные по результатам замеров, и будут рекомендуемым рабочим диапазоном стабилизатора. Для получения гарантированных результатов рекомендуем использовать мультиметры.

3. Нагрузочная способность стабилизатора

Чтобы понять, что такое нагрузочная способность, представим, что для двух одинаковых коттеджей куплены два одинаковых стабилизатора. Первый стабилизатор поднимает напряжение на 60 вольт (со 160 до 220), а второй – всего на 20 вольт (с 200 до 220). Чтобы поднять напряжение до нужного уровня, первый затрачивает больше энергии, чем второй, в то время как ресурс у обоих одинаков. Если сравнить уровень напряжения с уровнем воды в резервуаре, а стабилизатор – с насосом, перекачивающим воду из одного резервуара в другой, то чем больше разница уровней воды, тем тяжелее работать насосу. Также и стабилизатору в первом коттедже гораздо тяжелее работать, чем стабилизатору во втором, и он уже не сможет выдержать столько же подключенных потребителей, как и второй. Следовательно, нагрузочная способность первого стабилизатора меньше.

Для определения третьего параметра рекомендуем использовать график нагрузочной способности, который размещается в паспорте прибора и указывается в технических характеристиках. На графике нагрузочной способности стабилизатора указывают его выходную мощность в зависимости от входного напряжения. Иными словами, реальная мощность стабилизатора при напряжении в сети 170В может составлять только 75% от номинальной мощности, а при напряжении в сети 130В – только 30%.

Вывод

Как мы видим, нагрузочная способность зависит не от самого стабилизатора, а от напряжения в электросети и измеряется она в процентах от номинальной мощности. Например, стабилизатор мощностью 10кВА в сети с напряжением 160 вольт имеет нагрузочную способность 60%. А значит его реальная мощность в этой ситуации будет уже не 10, а 6кВА.

4. Суммарная мощность потребления

При выборе стабилизатора следует учитывать суммарную мощность подключаемых к нему приборов. Закономерно, что владельцу небольшого приусадебного домика, в котором из электроприборов есть только пара лампочек накаливания и портативный телевизор, и хозяину трехэтажного коттеджа с системой автономного отопления, множеством бытовой техники, сауной с электропечью и с бассейном нужны разные стабилизаторы, потому что мощность нагрузки у каждого своя. Обычно суммарная мощность указывается в паспорте изделий, однако, для более качественного подбора нужно знать ещё несколько деталей.

Единицы измерения

Единица измерения мощности стабилизатора – 1 вольт-ампер (ВА), в то время как мощность электроприборов указывается в ваттах.

Дело в том, что мощность как понятие бывает трех видов: активная (Р), реактивная (Q) и полная (S). Активная мощность измеряется в ваттах (Вт). Реактивная – в варах (вар). Полная мощность S выражается в вольт-амперах (ВА). Проведем аналогию с квасом, при наливании которого в кружку образуется пена. Жидкость, пригодная для утоления жажды – это активная мощность (Вт). Пена жажду не утоляет, но занимает часть объема кружки – реактивная мощность (вар).

Для обозначения соотношения, которое характеризует долю полной мощности, используемой в качестве активной (полезной), был введен специальный коэффициент. Величина этого коэффициента может быть1 (если в кружке кваса вообще нет пены) или меньше 1 (если пена есть).

Постараемся прояснить понятие полной мощности для электроприбора.

Например, электродвигатель вращает лопасти вентилятора. На вращение лопастей электродвигатель бытового вентилятора затрачивает, например, 80Вт. Но для того, чтобы электродвигатель вращался необходимо магнитное поле, потребляющее реактивную мощность. Поэтому полная мощность вентилятора будет больше 80 ватт на величину потребления реактивной мощности и составит 100 вольт-ампер или около того. Потребляемая вентилятором энергия – это и есть полная мощность, а вот энергия вращающихся лопастей – это активная мощность.

Коэффициент мощности или косинус φ – это коэффициент, равный отношению активной мощности к полной.

Приборы с электродвигателями потребляют много реактивной мощности (для вращения ротора нужны сильные магнитные поля). Поэтому для этих приборов действует коэффициент ~0,75 (1кВА~0,75кВт). А вот у утюга, лампочки или тостера этот коэффициент будет равен 1, потому что вся потребленная энергия уходит в тепло или свет. Для них 1кВА~1кВт. Для усреднённой бытовой электросети данный коэффициент принят равным 0,8, то есть 1кВА~0,8кВт.

При этом следует помнить о том, что электропроводка в доме должна быть рассчитана на мощность, которую планируется включить. Если есть сомнения на этот счет (например, ремонт делался давно и неизвестна сила тока, которую может выдержать проводка), то лучше пригласить электрика для консультации.

Помимо косинуса φ необходимо также учесть, что в момент запуска любой электродвигатель потребляет энергию в несколько раз превышающую ту, которую он потребляет в обычном рабочем режиме. Если провести аналогию с гружёной тележкой, то сила, которую нужно приложить для начального разгона, гораздо больше той силы, что требуется для качения с постоянной скоростью. Поэтому существует такое понятие, как пусковая мощность электродвигателя. Она в разы превышает номинальную (рабочую) мощность.

Активная и реактивная нагрузка

Так называемую реактивную мощность потребляют емкостные или индуктивные приборы, такие как электродвигатели или устройства с конденсаторными батареями. Полная мощность подобных устройств складывается из активной и реактивной и измеряется в кВА.

При выборе стабилизатора для приборов подобного типа из полной мощности выделяют активную, умножив полную мощность в кВА на значение косинуса φ, указываемое в паспорте устройства. Если этот показатель не указан, то за его среднее значение принимается 0,7. Приборы, преобразующие электрическую энергию в освещение и тепло, такие как лампы накаливания, утюги, электроплиты, нагреватели – это приборы с активной нагрузкой. Единица измерения активной нагрузки – кВт. При выборе стабилизатора для таких приборов поправочные коэффициенты не требуются. Если суммарная активная мощность равна 1кВт, то достаточно будет установить стабилизатор с аналогичной мощностью. Однако, для увеличения срока службы стабилизатора желательно предусмотреть запас мощности около 20%. Режим работы устройства будет при этом более щадящим, а при необходимости к нему можно будет подключить дополнительные приборы.

Предположим, что у нас однофазная сеть с напряжением в пределах 170–230В. Планируемая нагрузка составляет 5000Вт. Рассчитаем нагрузочную способность для 170В: для 170В она составляет 75%=0,75. Суммарная мощность потребления с учетом cos φ 5000Вт/0,7 = 7143ВА. Чтобы узнать требуемую мощность стабилизатора, разделим мощность потребления в вольт-амперах на коэффициент нагрузочной способности для минимального напряжения: 7143/0,75 = 9524ВА. Для данного случая нам нужна мощность стабилизатора 10000ВА. Итак, мы вычислили мощность стабилизатора, теперь определим тип. Для выбора модели необходимо определить, какая точность регулировки напряжения требуется, и знать, в каких условиях будет эксплуатироваться стабилизатор.

Благодарим специалистов компании "Энергия" за предоставленную информацию.