Перш ніж дати рекомендації по тому, як, власне, правильно вибрати собі стабілізатор напруги, давайте для початку розберемося, що він взагалі з себе представляє, як влаштований. Не на рівні профільного фахівця, але як любитель каналу Discovery science. Втім, для кого це буде нудним або нецікавим, той може пропустити цю частину і відразу перейти до наступної.
Як вибрати стабілізатор напруги
Принцип роботи стабілізатора напруги
Отже, в основі класичного стабілізатора напруги лежить трансформатор. Трансформатор - це такий пристрій, який має металевий сердечник і декілька котушок (обмоток) з дротом, розташованих на ньому.
Позначається на схемах трансформатор так:
Трансформатор володіє декількома основними властивостями. Так якщо на одну обмотку подати змінну напругу, то на інший обмотці вона теж з'явиться. І величина цієї напруги буде вельми певної - вона строго залежить від співвідношення числа витків цієї обмотки до числа витків обмотки, на яку ми і подали напругу. Іншими словами, якщо на першу обмотку, що має сто витків, подати 220 Вольт, то на другий обмотці, що складається з, скажімо, десяти витків, ми отримаємо 22 Вольта. Це співвідношення називається коефіцієнтом трансформації, і в даному випадку воно становить 1:10. Все просто!
Інша особливість трансформатора полягає в тому, що напруга розподіляється по виткам обмотки рівномірно. Це означає, що якщо ми подамо на обмотку (вона називається первинна), що має сто витків, 220 Вольт, то на половині витків ми отримаємо 110 Вольт. Тобто, якщо від будь-якої частини обмотки зробити відвід, то напруга на ньому буде пропорційно загальної кількості витків. Таких відводів можна зробити хоч на кожному витку! На схемах такий трансформатор зазвичай позначається так:
Нехай вас не бентежить відсутність вторинної обмотки - її роль виконують відводи на первинній. Тому фахівці називають такий трансформатор автотрансформатором.
Усе! Для розуміння роботи стабілізатора напруги нам більше не треба знань про трансформатор. Тому сміливо переходимо до створення простого стабілізатора. Ось так він буде виглядати на схемі:
Тепер поговоримо про роботу стабілізатора напруги. Як ми бачимо, він складається з трансформатора з багатьма відводами, перемикаючого пристрою та схеми управління. Напруга між сусідніми відводами створює вольтододаткову секцію. Працює стабілізатор наступним чином: схема управління вимірює вхідну напругу і визначає, яке ще напругу треба додати до вхідної (або відняти), щоб отримати на виході необхідні 220 Вольт. Після того, як рішення прийнято, перемикач з'єднує вихід стабілізатора з відповідним відведенням автотрансформатора. Такі дії стабілізатор виконує безперервно протягом всього часу роботи. Як бачите, все просто. Чим більше буде таких відводів, тим точніше стабілізатор може підігнати вихідну напругу під потрібну.
Тут ми підходимо до двох головних властивостей будь-якого стабілізатора - точность створення напруги на своєму виході і робочий діапазон. Відомо, що вихідна напруга є сумою вхідної напруги і доданої напруги, утвореної послідовністю секцій. Таким чином, чим більше буде таких секцій, тим точніше буде результат.
Припустимо для простоти, що наш стабілізатор має всього три секції, по 10 Вольт кожна. Таким чином, напруга на виході буде кожен раз змінюватися в межах цих 10 Вольт. Якщо уявити все це на графіку, то отримаємо наступне:
Як бачимо, напруга на виході змінюється ступінчасто (дискретно). Розмах кожного ступеня збігається з напругою на секції. Тому говорячи про кількість ступенів, мають на увазі кількість перемикаються секцій.
Точність вихідної напруги - це співвідношення напруги одного ступеню до заданої (номінального) вихідної. Якщо отриманий результат помножити на 100, отримаємо точність, виражену у відсотках. У нашому випадку: (10/220) * 100 = 4,5% або 220 В ± 2,25%. Досить непогано.
Що ж до робочого діапазону, то він буде дорівнювати кількості секцій, помножених на напругу на кожній: 3 * 10 = 30 Вольт. Не найкращий результат. Тому, якщо ми хочемо, щоб наш стабілізатор працював як при низькій напрузі в мережі, так і при високій, нам потрібна велика кількість ступенів. З іншого боку, велика кількість ступенів при порівняно вузькому робочому діапазоні дозволить отримати необхідну точність.
На практиці стабілізатори виготовляють з урахуванням особливостей конкретної електромережі. Наприклад, близькість до трансформаторної підстанції передбачає, що напруга в мережі буде підвищеною, а віддаленість - заниженою.
І трохи про конструкцію. Перемикач в стабілізаторах може бути як на основі реле, так і на основі напівпровідників (тиристорів). Релейні перемикачі характерні невисокою вартістю і такою ж невисокою надійністю, пов'язаною з механічним зносом контактів реле. Тиристорні відрізняються високою швидкістю реакції на зміну вхідної напруги, великим ресурсом і безшумністю роботи. Саме такі стабілізатори пропонує наша компанія.
Заради справедливості треба згадати про стабілізатори з так званим сервоприводом. Працюють в такий спосіб: спеціальний моторизований привід переміщує по виткам автотрансформатора струмознімач до тих пір, поки напруга на виході не стане необхідним. Кожен виток при цьому виконує роль ступені. З одного боку отримуємо напругу на виході з високою точністю, з іншого - вкрай повільну реакцію на зміну вхідної напруги і невисокий ресурс в наслідок механічного зносу струмознімача та поверхні витків.
Як вибрати стабілізатор напруги
Тепер ми підійшли до найголовнішого: вибір стабілізатора напруги. В першу чергу, треба розуміти, які саме споживачі будуть підключені і їх загальну потужність. Якщо стабілізатор підключається на весь будинок, то треба з'ясувати, на який струм розрахований вхідний автоматичний вимикач. Розташований він, як правило, поруч з лічильником обліку електроенергії. Добуток струму на номінальну напругу (скажімо, 220 Вольт) дасть нам максимальну потужність. Наприклад, 25 А * 220 В = 5 500 Вт або 5,5 кВт. Якщо до будинку підведена трифазна мережа, значить це потужність по кожній фазі.
Однак встановлювати стабілізатор рівній потужності було б неправильно. Справа в тому, що стабілізатор в змозі передати номінальну потужність, яка на ньому позначена, лише при номінальної ж напрузі. Тобто, коли жодна з вольтододаткових ступенів не задіяна. Що це: хитрий маркетинговий хід або лукавство виробника? Насправді треба знову звернутися до теорії і згадати, що таке електрична потужність. У загальному вигляді - це добуток напруги і струму, який в даний момент споживається споживачем, як це ми вже визначили вище.
Наочно потужність можна уявити як прямокутник, де одна сторона буде струмом, а інша - напругою. В такому випадку, площа прямокутника буде шуканої потужністю. А це означає, що при незмінній площі зменшення одного боку викличе збільшення іншого. Тобто, зниження напруги викличе зростання споживаного струму. Тому, щоб стабілізатор працював без перевантаження при знижених напругах, необхідно збільшувати його потужність.
Повертаючись до нашого прикладу, отримуємо, що при розрахунковій потужності 5,5 кВт бажано використовувати стабілізатор напруги потужністю 7 кВт, що дозволить уникнути можливих перевантажень. Зрозуміло, при зниженому вхідному напрузі тривала робота на повній потужності призведе до спрацьовування теплового захисту у вхідному автоматичному вимикачі. Тому такий режим розглядаємо тільки як короткочасний.
З потужністю визначилися. Але є момент, що впливає як на якість стабілізатора, так і на його вартість - це точність підтримки вихідної напруги. Як відомо, цей фактор залежить від кількості ступенів стабілізації. Чим їх більше, тим з більшою точністю отримаємо на виході напруга. Але яка точність буде достатньою? Насправді, це не просте питання. З одного боку, обладнання, вимогливе до якості напруги, частіше зустрічається в лабораторіях і, наприклад, медичних закладах, але також і власники дорогої побутової апаратури хочуть убезпечити себе. З іншого боку - сучасні імпульсні блоки живлення працюють в широкому діапазоні напруги і не критичні до зниженого або підвищеного напруженням. Таким чином, вибір відповідного стабілізатора напруги - це завжди компроміс між точністю підтримки вихідної напруги і вартістю самого стабілізатора.