РОСТОВ-НА-ДОНУ : ТАГАНРОГ
Анализ параметров стабилизаторов напряжения

День добрый друзья, коллеги, покупатели и все кому просто что-то интересно по жизни. На выставке в Москве, в прошлом году взял журнал и обнаружил там интересную с точки зрения просвещения для меня, по крайней мере, статью, написанную просто, доступно и ёмко. Я ниже вам с ней предлагаю ознакомиться, много времени на это не уйдет, но продавцам любого электро-магазина с ней ознакомиться будет крайне полезно. Её очень много раз перепечатывали, но надо с чего-то начинать, вы уж простите. Но прежде, мне почему-то это кажется важным, нужно понять разницу между двумя вещами: стабилизатор напряжения и регулятор напряжения. И если все понять правильно, то слово стабилизатор в этой статье меняем на регулятор. Ну, так, мысленно. Хотя может я и не прав.

Анализ параметров  стабилизаторов напряжения.

Владимир  Политов


ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ с вольтодобавочным трансформатором компенсируют просадки/всплески напряжения в сети с помощью автотрансформатора с сервоприводом, регулирующим напряжение на первичной обмотке вышеуказанного вольтодобавочного трансформатора. В качестве коммутационного элемента выступает автотрансформатор. Параметры его щеточного узла определяют возможную скорость отработки просадок/всплесков напряжения. Другие важнейшие характеристики определяются вольтодобавочным трансформатором, через который подается компенсирующая мощность.

Достоинства стабилизаторов напряжения этого типа:

Плавная отработка всплесков/просадок напряжения.

Высокая точность стабилизации.

Высокая перегрузочная способность, скажем - до 200% в течение четырех секунд и 100% в течение восьми секунд позволяет в ряде случаев выбирать стабилизатор напряжения по значению средней мощности защищаемого оборудования, что серьезно сокращает затраты, т.к. пиковая мощность (исходя из которой обычно и берут стабилизаторы) от средней частенько отличается в разы. Грубо говоря - экономия на установочной мощности. Это ценное свойство электромеханических стабилизаторов напряжения обусловлено тем, что из-за вольтодобавочного трансформатора, коммутационный элемент (щетка автотрансформатора) непосредственно в цепь нагрузки не включена и работает с меньшими токами, в благоприятном режиме. Кроме этого, между щеткой и обмотками автотрансформатора есть постоянный контакт, которому кратковременные пиковые токи вообще индифферентны, а скорость скольжения щетки (скажем в сравнении с коллекторным двигателем на 800 об/мин.) обуславливает практически полное отсутствие коммутационных процессов. От себя добавлю, на практике электромеханический стабилизатор IDR-10 kVA совершенно спокойно работает с 36-ой сплит системой при напряжении 150-160 Вольт, где номинальная потребляемая мощность 4-5 кВт. Пусковые токи посчитаете сами. На рекламу смахивает.

Габарит вольтодобавочного трансформатора, вследствие циркуляции в нем только компенсирующей мощности нагрузки, гораздо меньше.

Форма напряжения не искажается за отсутствием искажающих элементов.

Благодаря разумному габариту вольтодобавочного трансформатора можно реализовать широкий диапазон стабилизации.

Стабилизатор напряжения успешно работает с нулевой нагрузкой.

Точность стабилизации в основном диапазоне определяется следящей системой сервопривод-автотрансформатор - то есть постоянна.

Если стабилизатор трехфазный - фазы стабилизируются независимо, таким образом, их перекос не влияет на качество стабилизации, более того, стабилизатор устраняет перекос.

При работе практически бесшумен, т.к. сервопривод не шумит. Хотя от звука редуктора все равно полностью избавиться не удается.

Стабилизатор напряжения весьма хорошо работает в тяжелых промышленных сетях, поскольку коммутационный элемент (щетка) к помехам и искажениям формы тока и напряжения совершенно индифферентна.

К недостаткам относятся:

Низкая скорость отработки возмущения. На типовых автотрансформаторах производства Китай около 30В/сек по причине резкого роста механического износа щеток на большей скорости.

Наличие постепенного механического износа сервопривода в течение до десятка лет, в зависимости от качества сервопривода и интенсивности перепадов напряжения.

Необходимость обслуживания сервопривода раз в два-три года (в виде смазывания графитовой смазкой трущихся деталей).

При больших отрицательных температурах для сервопривода требуется блок обогрева.

Качественный автотрансформатор с сервоприводом имеют весомую цену.

Стабилизаторы напряжения с автотрансформаторами производства Китай выбираются с запасом мощности не менее 30% по причине экономии производителем на сечении проводов. Коротко говоря, эти аппараты обычно рассчитаны на коэффициент загруженности 0,8 при напряжении 220В. Таким образом, 100% нагрузка, да еще при пониженном напряжении (т.е. большем токе) как минимум вызовет перегрузку по тепловому режиму и перегрев.

Нашел вот такую картинку, по-моему, очень понятно и красиво.

1

СТУПЕНЧАТЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ с вольтодобавочным трансформатором работают на принципе переключения обмоток указанного трансформатора с помощью тиристоров или симисторов, которые, собственно, и являются коммутационными элементами. Возможная скорость стабилизации определяется количеством обмоток и принципом работы электронных ключей. Остальные важнейшие характеристики - вольтодобавочным трансформатором, через который подается компенсирующая мощность.

Достоинства стабилизаторов:

Высокая точность стабилизации, прямо пропорциональная числу ступеней (и ключей).

Хорошая скорость отработки возмущения, которую можно грубо оценить как 20 мс на измерение, +20 мс на закрытие ключа обмотки, +20 мс на открытие другого ключа обмотки, +20 мс на переходные процессы в обмотках. Итого 80 мс на ступень. При точности стабилизации в 5% (т.е. размер ступени 11 В) скорость составляет около 137 В/сек. При точности стабилизации в 3% (т.е. размер ступени 6,6 В) скорость составляет около 82 В/сек. Тут я честно говоря не уверен, потому как 20 мс дают на переключение электромагнитного реле вроде, а тут симистор, электронный ключ. Но на этом дальше остановимся.

Достаточно широкий температурный диапазон, ограничен снизу температурной характеристикой управляющей микроэлектроники (до -40), а сверху тепловым балансом электронных ключей (до +45).

Отсутствие механических деталей и механического износа.

Успешно работают с нулевой нагрузкой.

Работает бесшумно, т.к. электронные ключи беззвучны.

Из недостатков можно назвать:

Перегрузочная способность стабилизатора напряжения ограничена. Определяется заложенным запасом по току электронного ключа, соображениями теплового баланса и теплопроводности радиаторов. Поскольку инерционность тепловых процессов в полупроводниковой технике весьма мала, то типичное значение допустимой перегрузки 20-40% в течение единиц секунд. Затем аппарат надо выключать (автоматикой) из-за опасности перегрева кристалла и теплового пробоя.

Ступенчатый способ стабилизации напряжения, при точности отработки ниже 3% не рекомендуется для систем освещения, т.к. изменение накала ламп при отработке всплесков/просадок будет заметно глазу.

Быстродействие стабилизатора напряжения обратно пропорционально заявленной точности стабилизации, поскольку, чем выше точность - тем меньший допустимый шаг ступени добавки напряжения (обмотки трансформатора), тем, соответственно, большее число ступеней нужно переключить и большее время на это уйдет.

Форма напряжения искажается из-за нелинейной ВА характеристики электронных ключей. Особенно это заметно на средних и больших мощностях.

Большое количество коммутационных элементов в целом снижает надежность системы.

Вследствие ограниченной перегрузочной способности мощность стабилизатора напряжения выбирают исходя из значения пиковой мощности нагрузки. По своей конструкции симисторы и тиристоры являются полууправляемыми ключевыми элементами. Это означает, что они открываются коротким импульсом блока управления, поданным на управляющий электрод ключа, а закрываются при смене полярности коммутируемого напряжения и уменьшении проходящего тока (суть силового тока) за порог удержания. К сожалению, в промышленных сетях искаженная форма напряжения и тока в купе с большим количеством помех является рядовым явлением (особенно при наличии сварочных аппаратов и иных электродуговых установок). Работа электронных ключей в таких условиях по вышеуказанной причине существенно осложнена. Для купирования ситуаций преждевременного закрытия ключа, либо наоборот, не закрытия (что ведет к короткому замыканию), либо самопроизвольного открывания из-за высоковольтного импульса (что так же ведет к короткому замыканию) в схеме стабилизатора напряжения должны применяться специальные меры по управлению ключами, облегчению их коммутации, помехоподавлению в цепях силы и управления. Но габариты и цена специальных мер растут пропорционально квадрату стабилизируемой мощности, что резко увеличивает размер и стоимость оборудования. Поэтому в полном объеме применять их в стабилизаторах напряжения экономически не целесообразно. К счастью, в бытовых сетях интенсивные помехи редки.

Позволю себе лирическое отступление. Мы плотно работаем с китайскими производителями не первый год и опыта общения с инженерами поднебесной предостаточно. Лет пять назад, наша компания, так же как вероятно и многие, столкнулась с тем, что на рынке необходим китайский брат русского «Лидера», «Штиля», «Прогресса». Ну, схемотехника, как вы понимаете, наука не молодая, физику вообще обмануть не просто, в общем, нарисовали схему и отправили гениям китайской мысли. Прошло два дня. Ответ шокировал. «Это плохо, это работать не будет, даже если мы исправим ошибки и отладим схему, все равно мы такой стабилизатор делать не будем!» Дальше, больше. Мы им даже образец отвезли. Посмотрели, покрутили, сказали, что нужно переделать потому что допущен ряд схемотехнических ошибок. Ну не вопрос, переделывайте. В итоге образец все равно сгорел. На этом все и закончилось. Узнать истину и причину отказа помешал, в конце концов, языковой барьер. Еще раз скажу, что было это лет пять назад, это важно! Сейчас на рынке есть все, кто-то видимо был немного настойчивей или китайский знал и убедил. Ну, это может повод для размышлений.

СТУПЕНЧАТЫЕ РЕЛЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ с вольтодобавочным трансформатором работают по принципу переключения обмоток трансформатора с помощью реле. Возможная скорость стабилизации определяется количеством обмоток и скоростью работы реле. Остальные важнейшие характеристики - вольтодобавочным трансформатором, через который подается только компенсирующая мощность. Вот мы и дошли до стабилизаторов, которые стоят почти в каждом доме, если стоят. Основная масса стабилизаторов, которая продается в наших магазинах. Проблему с пониженным напряжением решают, ну и хорошо. Дешевые, ну и хорошо. Громко работают, в сарай уберем. Ломаются, но быстро и не дорого чинятся. Мнений много, много противоречивых. Но давайте немного подробней. Мне не много приходится работать с людьми, я отвечаю на какие-то вопросы, кому-то что-то пытаюсь объяснить, ну, в общем, все это для понимания и  очень хотелось бы верить, что и для потребителей.

Достоинства:

Высокая точность стабилизации, прямо пропорциональная числу ступеней и ключей. Китайские производители изначально предлагают аппараты с точностью 8%, если разговор идет об обычном «релейнике». И очень даже правы. Реле в щадящем режиме, переключаются, ну скажем так, редко, служат из-за этого дольше, да и в принципе с учетом того, что по ГОСТ 13109-97, напряжение в нашей с вами сети 200 ± 10 %, поэтому все остаются в рамках стандарта. Дальше мы (продавцы, производители, люди, которые с китайцами общаются) начинают слушать наших клиентов и покупателей. «Лампочки моргают, перегорают из-за этого, сделайте повыше точность, но только что бы не дорого». Сделали. Теперь надпись не лицевой панели 5% греет и успокаивает всех. Хотя, честно говоря, как моргали лампочки, так и моргают. А то, что скорость работы уменьшилась, уже никого не беспокоит. Ну да ладно.

Высокая скорость отработки возмущения, которую можно грубо оценить как 20 мс на измерение, +10 мс на закрытие ключа обмотки, +10 мс на открытие другого ключа обмотки, +20 мс на переходные процессы в обмотках. Итого 100 мс на ступень. При точности стабилизации в 5% (т.е. размер ступени 11 В) скорость составляет около 180 В/сек. При точности стабилизации в 3% (т.е. размер ступени 6,6 В) скорость составляет около 110 В/сек. Вот то, о чем и я говорил. На симистор дают 20мс переключения а на реле 10мс. Но,  теоретически, если говорим о настоящем Zero-Cross’e, то действительно, симистор приходится то переключать в момент перехода синуса через «0» иначе он греться начнет со всеми вытекающими последствиями.  Вот и вернулись к 20мс. Спорить с автором смысла не вижу, по любому человек умный и уважаемый, поэтому кому интересно, вооружаемся калькуляторами и считаем сами.

Форма напряжения не искажается за отсутствием искажающих элементов.

Относительно широкий температурный диапазон, ограничен снизу и сверху температурной характеристикой реле.

Широкий диапазон стабилизации, определяется вольтодобавочным трансформатором. Как оказалось, очень популярной стала серия, которая работает от 100 Вольт. Причем исключительно популярна эта серия на юге России. Видимо все напряжение в Сочи на стройках.

Стабилизатор напряжения работает с нулевой нагрузкой.

Недостатки:

Наличие постепенного механического износа реле в течение до десятка лет, в зависимости от качества реле и интенсивности перепадов напряжения.

Быстродействие стабилизатора напряжения обратно пропорционально заявленной точности стабилизации, поскольку, чем выше точность - тем меньший допустимый шаг ступени добавки напряжения (обмотки трансформатора), тем, соответственно, большее число ступеней нужно переключить и большее время на это уйдет.

Большое количество коммутационных элементов в целом снижает надежность системы.

Из соображений уменьшения износа реле, рекомендуется выбирать мощность стабилизатора напряжения близкую к значению пиковой мощности нагрузки.

И еще две занимательных картинки. Очень красивые. С пояснениями.

2

Поясняем. Помним, что  точность выходного напряжения стабилизатора составляет 220В ± 8%, т.е. 203-237В. Смотрим на график. Если входное напряжение составляет 190В, то на выходе стабилизатор будет выдавать 228В. При повышении входного напряжения на 5В  на выходе будет 233В, то есть идет параллельно с входным. Однако при дальнейшем повышении U входного до 200В, произойдет переключение обмотки стабилизатора и на выходе будет уже 218В. При падении напряжения на входе принцип действия аналогичен, но стоит отметить, что, например, при повышении входного напряжения до 210В, на выходе будет 230В, а при понижении U входного до 210В - на выходе из стабилизатора будет 210В. И если включим немного воображения, то легко поймем и следующую картинку.

3

Таким образом, видим не очень приятную для обычной лампы накаливания картинку. И если бы стабилизатора не было вообще, лампочка бы  или тускло горела или мы бы просто не замечали изменений входного напряжения. А теперь у нас 220В ± 8%, но все моргает и раздражает. Замена на энергосберегающую лампочку немного решит проблему, но в идеале, хорошая LED лампа с толковым PWM драйвером. Так что решайте, что покупать домой и какие проблемы с сетью вы хотите решить.



Начальник лаборатории Группы компаний "Полигон" Политов В. А.


Вот, в общем, и все. Спасибо, еще раз, Владимиру Политову за статью.

Ну и напоследок:


Ленивые всё делают быстро. Чтобы поскорее отделаться от работы.
И делают качественно. Чтобы потом не переделывать.


Пока.

 

 

Комментарии   

 
0 #88 Molicof 16.10.2019 00:11
With data compiled from TICA (The International Cat Association), CFA (Cat Fanciers Association) and PetBreeds, here are the 23 cat breeds that shed the most. As fluffy as these kitties are, you
White fluffy cat breed
Цитировать
 
 
0 #87 ajiafveleotec 12.10.2019 20:55
http://mewkid.net/buy-xalanta/ - Amoxicillin Amoxicillin Online nlw.nggp.kvarts .ru.ftr.ap http://mewkid.net/buy-xalanta/
Цитировать
 
 
0 #86 vbupatara 12.10.2019 20:48
http://mewkid.net/buy-xalanta/ - Buy Amoxicillin Amoxicillin 500 Mg sgh.rmvo.kvarts .ru.nyj.iq http://mewkid.net/buy-xalanta/
Цитировать
 
 
0 #85 sildenafil 100mg 02.10.2019 07:06
Now I am ready to do my breakfast, later than having my breakfast coming yet again to
read other news.

my web blog: sildenafil 100mg: https://wikisurfing.org/wiki/index.php/User:DonLamilami522
Цитировать
 
 
0 #84 4rdpLep 26.09.2019 22:15
Форум по Дедикам 4rdp.com
Цитировать
 
 
0 #83 Geoche 24.09.2019 10:35
Buy cheap generic cialis online buy cheap cialis coupon viagra nitrates buy cheap viagra online
Цитировать
 
 
0 #82 Unsort 24.09.2019 10:05
Can u buy viagra over the counter cialis generic cheap cialis search cialis generic buy cheap cialis
Цитировать
 
 
0 #81 plonfox 24.09.2019 06:23
Low dose generic cialis buy buy cialis viagra and taliban cialis pills buy cialis online cheap
Цитировать
 
 
0 #80 Feetpoor 21.09.2019 15:13
Cialis soft tabs online pharmacy buy cheap cialis online walmart viagra order viagra
Цитировать
 
 
0 #79 Amolams 20.09.2019 21:53
Viagra fact sheet cialis generic cialis buy cialis generic yasmin light headed cialis pills cialis cheap safe generic cialis generic cialis online what are cialis tablets lilly icos cialis cheap cialis soft tabs cheap cialis cialis tablet side effects
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить