Стабилизаторы напряжения 3-фазные: строение приборов, преимущества и недостатки, область применения

Обновлено: 19.04.2024

Использование различных электроприборов является одним из обязательных условий нашей жизни. Каждый из таких приборов предназначен для выполнения определенной функции, и осуществляя ее, упрощает и совершенствует нашу жизнь.

Однако всегда есть явление, которое создает препятствия в работе электрических приборов. Этим явлением являются перепады напряжения в линиях электропередач.

Такие перепады являются весьма неприятными для наших электроприборов, поскольку большой скачок тока в лучшем случае ухудшает качество их работы, а в худшем случае вызывает фатальные последствия для отдельных компонентов электроприборов.

Для того, чтобы такой скачок не мог повлиять на работу, а также на состояние наших электроприборов, необходимо использовать стабилизатор напряжения. Сегодня есть много видов стабилизаторов, однако наибольшей эффективностью могут похвастаться тиристорные стабилизаторы.

Эти стабилизаторы обеспечивают плавное выравнивание напряжения и по принципу работы являются похожими на релейные приборы. Главная особенность, которая отличает их от всех стабилизаторов, состоит в наличии тиристорных ключей. Эти ключи являются полупроводниками.

Внутреннее устройство

Для того чтобы понять, что представляет собой и каким образом работает этот стабилизатор, рассмотрим его устройство и опишем особенности работы его составных элементов.

Итак, сняв верхнюю крышку корпуса таких стабилизационных приборов, мы можем увидеть:

Автоматический трансформатор.
Электронные схемы, которые вместе образуют механизм управления.
Собственно тиристорные ключи.
А также различные светодиодные индикаторы.

Как работает трансформатор

Как и в большинстве стабилизаторов напряжения, так и в приборе нашего типа главным элементом является автоматический трансформатор. Именно он осуществляет процесс нормализации тока.

Схема работы простейшего трансформатора
[sc name=img ]

Для того, чтобы понять, каким образом трансформатор тиристорного стабилизатора стабилизирует ток, рассмотрим его строение. Этот главный элемент тиристорных приборов состоит из двух обмоток, а именно первичной и вторичной.

На первичную поступает входной ток. Далее этот ток проходит на вторичную обмотку и из нее попадает в любой электроприбор.

Обе обмотки представляют собой определенное количество витков проволоки. Количество витков на каждой из них может быть разным.

Рассмотрим работу обмоток на примере. Будем считать, что количество витков в обеих обмотках является равным 20. Если ток с напряжением в 200 вольт пройдет через 20 витков первичной обмотки и 20 витков вторичной обмотки, то на выходе он будет иметь такое же напряжение.

В том случае, когда он пройдет через 20 витков первой обмотки и 10 витков вторичной обмотки, напряжение на выходе будет не 200, а 100 вольт. Таким образом происходит уменьшение напряжения.

Для того, чтобы увеличить напряжение (в нашем случае 200 вольт до 220), нужно подключить еще один виток второй обмотки, т.е. ток должен проходить через 21 виток (в нашем примере это невозможно, поскольку вторая обмотка имеет только 20 витков). Таковым является общий принцип работы трансформатора.

На практике каждая обмотка имеет сотни витков. При этом максимальное количество витков во второй обмотке должно быть большим, чем количество витков в первой обмотке. Надобность этого отчетливо видна на вышеуказанном примере.

В вас может возникнуть вопрос, каким же образом можно подключать то или иное количество витков? Для того, чтобы можно было подключать определенное количество витков, производитель делает выводы от определенного витка второй обмотки.

Количество этих выводов может быть разным. Собственно на конце каждого такого вывода и находятся тиристоры. Они и осуществляют подключение определенного количества витков.

В результате получается так, что, когда нужно повысить напряжение, происходит подключение дополнительного количества витков. Когда стабилизатор напряжения, который относится к тиристорному типу, должен снизить напряжение, происходит отключение определенного количества витков.

витки стабилизатора
[sc name=img ]

Стоит обратить внимание на тот факт, что все витки являются как бы поделенными на группы. Подсоединение каждой из группы осуществляется через выводы.

Грубо говоря, если количество витков равно цифре 100 и выводов пять, то подключение одного вывода означает, что ток проходит через 20 витков. В данном случае напряжение изменится на определенную фиксированную величину, то есть на определенную степень. Собственно такое изменение напряжения и называется ступенчатой стабилизацией.

На практике в некоторых стабилизаторах подключение одного определенного количества витков приводит к увеличению или уменьшению напряжения на 15-20 вольт. Чем больше выводов (то есть в отдельной группе становится меньше витков), тем на меньшую величину изменяется выходное напряжение при подключении одного вывода.

Подытоживая, отметим, что при росте/падении напряжения на входе происходит отключение/подключение определенного вывода второй обмотки благодаря работе тиристоров. Между переключениями обмоток наблюдается интересный факт: насколько меняется ток на входе, настолько же он меняется на выходе.

На практике выглядит так: на входе есть напряжение в 180 вольт и на выходе обеспечивается 220. Когда напряжение растет, например до 185, на выходе напряжение возрастает до 225-ти.

Далее происходит переключение обмотки и на выходе снова становится 220. Конечно, величина изменений выходного тока определяется особенностями различных моделей тиристорных стабилизаторов напряжения, которые используются дома.

Для этих стабилизаторов она может колебаться от 2 до 10 вольт.

Полезный совет: при переключении тиристоров можно будет заметить небольшое мерцание ламп накаливания. Данный факт является следствием вышеописанного процесса выравнивания тока и он не означает, что тиристорный стабилизатор сломался. Это стандартный режим его работы.
В общем, тиристорные стабилизаторы обеспечивают уровень выходного напряжения, который колеблется в пределах 214-226 вольт. Это является высоким показателем их работы.

Особенности работы тиристоров

Как уже отмечалось, главным отличием тиристорного стабилизатора напряжения от других приборов для стабилизации напряжения является наличие в его схеме тиристорных ключей. Их работа также сопровождается определенными особенностями.

Их включение/выключение может приводить к искажению синусоидальной формы тока. Учитывая это, микроконтроллер должен включать/выключать любой тиристор, когда ток находится в нулевой точке синусоиды.

Для осуществления этого алгоритм электронной схемы предусматривает проведение измерения напряжения в несколько десятков раз и определение момента включения тиристора. Сам процесс занимает не более одной микросекунды, поэтому он никоим образом не приводит к долгому выравниванию тока.

Также в это же время процессор определяет, является ли включенным, или выключенным тиристор, чтобы затем дать правильную команду.

Примечательным фактом является то, что тиристоры боятся перегрузки и во время таких ситуаций они перегорают. Для устранения такого сценария при появлении чрезмерной нагрузки микроконтроллер дает команду на выключение тока, то есть отключение стабилизатора.

Еще одна особенность кроется в том, что во время своей работы тиристоры сильно греются. Учитывая это, производители обязаны ставить радиаторы для охлаждения.

Такие особенности работы тиристоров и трансформатора приводят к тому, что тиристорные приборы должны обладать мощными электронными схемами.

Типы тиристорных стабилизаторов

Сегодня на рынке можно увидеть одно- и двухкаскадные тиристорные стабилизаторы напряжения. Однокаскадным стабилизатором является такой, который регулирует напряжение в один этап.

Двухкаскадные проводят нормализацию тока в два этапа. В течение первого происходит грубое выравнивание. На втором этапе выходной ток получает идеальные характеристики.

Двухкаскадная система регулирования позволяет использовать тиристоры с большей эффективностью, поскольку растет количество комбинаций их включения. Так, если на обоих каскадах находятся по четыре тиристоры, то их можно включать шестнадцатью способами.

Конечно, с ростом количества тиристоров на каскадах, растет количество их способов включения.

Двухкаскадный способ регулирования тока является несколько медленным однокаскадного. Он занимает до 20 миллисекунд, тогда как 1-каскадный длится 10 миллисекунд.

Преимущества и недостатки

Итак, зная детальное строение и особенности работы тиристорного стабилизатора можно определить, какими достоинствами и недостатками он обладает.
К преимуществам относятся:

Отсутствие шума при нормализации тока.
Один тиристор может сработать более 1 млрд. раз, что является очень высоким показателем.
Во время размыкания не образуется дуговой разряд.
Небольшой уровень энергопотребления.
Небольшие габариты.
Высокая скорость выравнивания напряжения.
Высокий уровень точности нормализации напряжения (до ± 3 процентов).
Возможность работы при очень низких или высоких уровнях напряжения (120-300 вольт).

Что касается недостатков тиристорного стабилизатора, то они кроются:

в ступенчатом способе стабилизации тока;
в микрокотроллерном управлении. Его осуществляет электронная схема, которая является аналогом процессора компьютера. Соответственно она также требует стабильного тока и может «подвисать»;
в высокой цене (она является следствием дорогих тиристоров и электронных схем управления).

Как подключить?

Использование тиристорных стабилизаторов напряжения в доме позволит уберечь технику от изменений тока в течение многих лет. Однако перед использованием его нужно подключить.

В зависимости от назначения тиристорные стабилизаторы могут подключаться после счетчика и распределительного щитка (то есть будут подавать стабильный ток на весь дом), или же перед отдельным прибором.

В первом случае тиристорные приборы имеют большую мощность и их подключают через клеммы. В этом случае к клеммам подключаются входные, выходные провода, а также заземляющий. При подключении как входящих, так и выходных проводов соблюдается правило: к фазной клемме подсоединяют фазный кабель, к нулевой - нулевой кабель. Также необходимым условием является осуществление заземления.

Большинство моделей, которые предназначены для подачи питания для одного прибора, имеют кабель и розетки. Благодаря кабелю стабилизатор подключается к сети. Далее к розетке, расположенной на нем, подсоединяют вилки кабелей подключаемых приборов.

Полезный совет: для того, чтобы заземлить такой тиристорный стабилизатор, вилку его кабеля всего-то нужно вставить в трехполюсную розетку.

Условия эксплуатации

Тиристорные стабилизаторы выгодны не только тем, что не создают шума, но и тем, что являются неприхотливыми к окружающим условиям. Так, многие модели могут работать в условиях, когда температура воздуха превышает -40 градусов Цельсия и является меньшей +40 градусов Цельсия.

Полезный совет: будет лучше, если тиристорный стабилизатор не использовать при морозной температуре, даже если он может работать в таких условиях. Идеальной температурой для работы будет такая, которая превышает +5 градусов Цельсия.

Тиристорный стабилизатор может отлично работать в помещении, уровень влажности в котором не является большим 80-ти процентов. Некоторые производители предлагают стабилизаторы с устойчивостью к высшим уровням влажности. Однако их делают на заказ.

Конечно, близ тиристорного устройства не должно находиться легковоспламеняющихся предметы, а также вокруг него должно быть пространство в как минимум пять сантиметров.

Техобслуживание сводится к очистке вентиляционных отверстий и проверке качества крепления входных и выходных проводов.

Трехфазный стабилизатор напряжения используется для защиты оборудования от перепадов напряжения в электрической сети. Это устройство используют на промышленных предприятиях для защиты техники, а также в частных домах для защиты бытовых электроприборов и отопительных систем. Трехфазные стабилизаторы напряжения выпускаются в ассортименте для возможности реализации всего спектра задач.

Принцип работы устройства

Трехфазный стабилизатор напряжения в своей конструкции предполагает три однофазных составляющих. Величина напряжения на выходе регулируется при перемене подключения обмоток трансформаторных компонентов. При этом электронный стабилизатор способен переключать витки при помощи полупроводников или реле, а электромеханическое устройство - с использованием токосъемного контакта. Токосъемный контакт посредством электродвигателя перемещается по тороидальному трансформаторному механизму. Функционированием устройств управляет микропроцессор.

Цели применения стабилизаторов напряжения

Нормализация сетевого напряжения до приемлемых показателей.
Сглаживание скачков и падений напряжения.
Защита от перегрузок.
Защита от коротких замыканий.

Плюсы и минусы трехфазных стабилизаторов напряжения

Конструктивные особенности и цели использования определяют плюсы и минусы устройств для стабилизации напряжения. К плюсам устройств для стабилизации напряжения относятся:

Цельность конструкции.
Удобство транспортировки.
Удобство подключения. Для этого применяется одна колодка, и предусмотрено подключение трех фаз и одного нейтрального кабеля.
Надежность применения.
Долговечность.
Приемлемая стоимость.

В число минусов трехфазных стабилизаторов включены:

Габаритность.
Только вертикальная перевозка.
Сложность конструкции.

Электронные и электромеханические стабилизаторы отличаются спектром достоинств и недостатков. Для электронных устройств характерно быстродействие и приемлемый диапазон работы. В качестве недостатка этих устройств выделяют большую погрешность по отношению к электромеханическим устройствам.

Для электромеханических стабилизаторов характерно плавное регулирование уровня напряжения на выходе. Устройства отличаются точностью и продолжительностью эксплуатации. Диапазон стабилизации по отношению к электронным устройствам снижен.

В современных реалиях трудно представить дом или квартиру, где отсутствует свет и не используются электроприборы. Сегодня электричество является обязательной составляющей комфортной жизни человека. Но зачастую в сетях нет стабильного напряжения. Энергоснабжение может быть как однофазным, так и трехфазным. Во втором случае жильцы нередко пользуются 3-фазным стабилизатором напряжения.

Устройство прибора

Проще говоря, трехфазный стабилизатор представляет собой три отдельных однофазных устройства, которые объединяются под общим контролем. В случае отключения или «перекоса фазы» система полностью отключит эту конструкцию. Однофазные агрегаты подключаются так, чтобы на каждый блок шла подача фазы, а ноль общий для всех. Кроме этого, корпус прибора обязательно должен заземляться.

Характерных различий между однофазным и трехфазным стабилизатором почти нет. Последние могут быть с тиристорной, релейной или электромеханической схемой. Кроме того, они обладают более усложненной защитной схемой, которая может отключить прибор по следующим причинам:

значение напряжения фазы выше/ниже критических пределов;
температура составляющих одного из блоков превышает допустимый уровень.

Иногда во время подключения бывают ситуации, когда нагрузка неравномерно распределяется по фазам. Это явление электрики называют «перекос фаз». В качестве элемента защиты выступает трехфазный автомат. Стабилизационные конструкции такого типа зачастую представлены в виде вертикального напольного ящика. Помимо органов управления, на двери прибора расположены индикаторы напряжения в виде стрелочных вольтметров либо цифровых индикаторов.

Трехфазные стабилизаторы широко применяются в повседневной жизни. Зачастую для жилых помещений используют приборы мощностью 30−50 кВт. Агрегаты с показателями до 100 кВт востребованы для организации электропитания на небольших предприятиях или в коттеджных поселках.

Приборы мощностью свыше 100 кВт устанавливают на заводах и в других промышленных учреждениях. Если в стабилизаторе присутствует гальваническая развязка, его можно использовать в условиях высокой влажности — в специализированных лабораториях или научных центрах, а также медучреждениях.

Преимущества и недостатки

Если исходить из особенности конструкции стабилизаторов напряжения, которые можно использовать как в загородном доме, так и на постоянном месте жительства, следует выделить их плюсы и минусы.

Преимуществом является единый корпус конструкции, что очень удобно при транспортировке прибора. Но параллельно с этим есть и недостаток в виде большого веса и габаритов. Следует отметить, что перевозку устройства необходимо осуществлять строго в вертикальном положении.

Кроме того, 3-фазные стабилизаторы просты и удобны в запуске. Процесс проводится через одну колодку.

Агрегаты показывают на панели как линейное напряжение по каждому из блоков, так и суммарное. Еще одним неоспоримым плюсом является высокоуровневая надежность.

К недостаткам можно отнести то, что устройства в частных домах прекращают работать, если пропадает одна фаза. Конструкция прибора довольно сложная, в силу этого и стоимость его высока. Отдельно приобрести три однофазных прибора будет гораздо дешевле.

Разновидности изделий

Для трехфазных стабилизаторов используют три типа схем — тиристорные, электромеханические, релейные. Если тиристорные и релейные ограничены по мощности, то для электромеханических этот параметр не критичен и может достигать несколько сотен киловатт. Промышленный трехфазный стабилизатор может быть произведен по одной из схем:

Стабилизация осуществляется в зависимости от среднефазного напряжения. В такой конструкции на каждую фазу предусмотрен отдельный трансформатор, а также три регулятора напряжения, управление которыми производится одним сервоприводом. Электронная схема осуществляет контроль над точностью стабилизации среднефазного напряжения, в случае его отклонения от нормы подает команду на серводвигатель. Прибор, изготовленный по этой схеме, подходит для сбалансированных нагрузок. Нулевой провод в системе не задействован, он проходит от входа к выходу, не касаясь схемы. Такой агрегат может работать в сетях типа «треугольник» без нейтрали.
Вторая схема характерна для стабилизаторов с тремя трансформаторами, у всех есть отдельный сервопривод, а также плата для каждой фазы. Это наиболее распространенный тип конструкции, которую можно подключить к любому виду трехфазной нагрузки. Кроме того, допускается некоторая разбалансировка. Основным недостатком такого типа приборов является низкая стабилизационная скорость, которая зависит от времени скользящего контакта по трансформаторной обмотке.

Достоинства прибора заключаются в высокой точности регулировки, почти неограниченной мощности нагрузок, а также высоком диапазоне напряжения на входе.

Релейные стабилизаторы состоят из трансформатора с секционной обмоткой, который располагается на электромеханическом реле. При переключении секций меняется коэффициент трансформации и значение напряжения на выходе. Плюсами таких конструкций является надежность, а также высокая скорость реагирования. В приборе отсутствует механический привод, поэтому он не нуждается в техобслуживании. Минусом является ступенчатая установка напряжения, однако в силу присутствия большого количества электромагнитных реле это почти незаметно и не влияет на загрузку.

Тиристорные стабилизаторы работают по аналогичному принципу, только вместо реле переключение секций осуществляют силовые электронные приборы под названием тиристоры и симисторы. Для конструкций такого типа характерна более высокая скорость корректировки напряжения, хотя его значение изменяется ступенями, как и у релейных устройств.

Прибор может иметь 7−9 тиристорных ключей, с помощью которых значение напряжения устанавливается с точностью до 3−5%. Значительным плюсом таких конструкций является способность функционировать в широком диапазоне температур как высоких, так и довольно низких. Симисторные приборы плохо совмещаются с реактивными нагрузками, поэтому почти не используются в трехфазных конструкциях.

Критерии отбора

Выбирать трехфазный стабилизатор следует, опираясь на определенные критерии. Некоторые из них:

При покупке прибора необходимо предварительно знать минимальные и максимальные показатели напряжения, которые могут возникать в процессе работы. Допустимое расхождение входного напряжения всегда указано в техпаспорте изделия.

Агрегаты, работающие по среднефазному напряжению, нередко используются при реактивных нагрузках, поэтому мощность рассчитывается по формуле. Аппараты, конструкция которых представлена в виде трех отдельных блоков, функционируют при любых нагрузках. В любом случае рассчитать мощность необходимо максимально точно.

Если важным показателем является скорость стабилизации, то от покупки сервоприводного электромеханического устройства следует отказаться, для таких ситуаций оптимально подходит релейный стабилизатор, а если предполагается использование при низких температурах, то электронный. Если же требуется высокая точность значений, а стабилизационная скорость отходит на второй план, наиболее подходящий вариант — электромеханическое изделие.

Большинство современных моделей оснащены системой «байпас». При нормальном напряжении нагрузка подключается к сети напрямую, в обход схемы стабилизатора. При отклонении показателей в любую из сторон питание проводится через стабилизатор.

Все имеющиеся приборы представлены в виде вертикальной конструкции, но есть и те, что дополнительно оснащены настенными креплениями. Некоторые мощные виды оборудованы системой принудительного воздушного охлаждения, что существенно облегчает работу трансформаторов и полупроводников.

Подключение агрегата

Процедура введения стабилизатора в работу не является сложной, но при отсутствии элементарного опыта и электротехнических знаний лучше доверить это профессионалам. Конструкция состоит из трех независимых блоков, на задних панелях которых находятся винтовые колодки со следующими обозначениями:

В быту стабилизатор напряжения устанавливают после счетчика и автомата. Каждая фаза подключается к соответствующей клемме на блоках. Ноль со всех блоков соединяют между собой. Клеммник «фаза-выход» коммутируют с автоматом нагрузки. В основном подробные схемы указаны в техпаспорте прибора. Перед установкой необходимо обязательно ознакомиться с описанием, ведь для каждой модели характерны определенные особенности конструкции.

Обзор моделей

Популярным бытовым стабилизатором российского производства является «Энергия HYBRID СНВТ 15 000/3» мощностью 15 кВт. Это оригинальное техническое решение, которое объединяет два принципа работы в одном — электродинамический, а также релейный. Агрегат устойчиво функционирует в сетях с напряжением 105−280 В, с его помощью значения достигают нормы в 220 В, возможная погрешность ± 3%.

Зачастую конструкции используют для загородных и дачных домов, офисов или малых производственных предприятий. Агрегат выполнен в виде вертикальной стойки, которая оснащена всевозможными типами защиты.

Востребованным промышленным стабилизатором является устройство «Ресанта». Под этой маркой выпускаются преобразователи напряжения, которые без преувеличения можно назвать профессиональными: они отлично справляются с поставленными задачами, обеспечивая стабильную работу точного и высокочувствительного оборудования.

Приборы оснащены специальными фильтрами на входных и выходных отверстиях, их главная задача состоит в минимизации рисков искажения частотной синусоиды. Производитель выпускает устройства в металлическом корпусе с многочисленными отверстиями, которые создают высокоэффективную вентиляцию. Модели этого бренда имеют широкий спектр мощности: самая слабая конструкция имеет мощность 3 кВт, наибольшая — 150 кВт.

Все конструкции выравнивают входное напряжение, если последнее не менее 240 и не более 430 В. Точность напряжения на входе ±2%. Преимуществом является способность перезапуска системы и низкий уровень шума.

Трехфазные стабилизаторы мощностью 30 и более кВт являются электромеханическими. Для высокоэффективной работы прибора производитель отводит большую площадь, чтобы происходил контакт трансформаторных обмоток и токосъемной жилы.

Все модели состоят из трех блоков, расположенных в общем корпусе. В середине каждого из них расположена тепловая защита, использование которой повышает уровень пожарной безопасности конструкции. Составляющие подключаются к общему коммутационному блоку, который контролирует выходное напряжение и регулирует его при необходимости.

При покупке трехфазного стабилизатора напряжения следует отдавать предпочтение отечественным производителям, которые, в отличие от иностранных, адаптированы для работы на территории РФ.

Читайте также: