Феррорезонанс в трансформаторе напряжения: принцип работы стабилизатора напряжения

Феррорезонансный стабилизатор напряжения нашел широкое распространение в различных сферах промышленности и в быту. Такие феррорезонансные стабилизаторы напряжения дают возможность выровнять переменное напряжение. Также такие устройства имеют и недостатки, которые необходимо рассмотреть.

В настоящее время существует стандарт, по которому напряжение на выходе должно находиться в интервале 0,9-1,05 от номинального значения. Эта норма была определена давно и все устройства должны ей соответствовать. Напряжение сети на выходе должно равняться 197-230 В. Перед приобретением следует ознакомиться с однофазными моделями.

Феррорезонансные явления в электрических сетях

Основные факторы, которые порождают феррорезонансные явления в электрических сетях – это элементы ёмкостного и индуктивного типа. Они способны формировать колебательные контуры в периоды переключения. Этот эффект особо заметен в трансформаторах силового типа, линейного вольтодобавочного, шунтирующих контурах и в аналогичных устройствах, которые оборудуются массивной обмоткой. Данное явление бывает 2 типов: резонанс токов и напряжения.
Феррорезонанс напряжений возможен, когда в сети имеется индуктивность, характеризующаяся нелинейным вольт-амперным свойством. Данная характеристика свойственна катушкам индуктивности, где сердечники производятся из ферромагнитных компонентов. Особенно это касается выпрямителей линейки НКФ. Такое негативное явление обуславливается небольшим показателем сопротивлений омического и индуктивного типов по отношению к силовым трансформаторам.

Феррорезонансный ИБП

Феррорезонансные ИБП

представлены в России единственной серией приборов. Это Ferrups фирмы Best Power Technology. Таким образом, задача рассмотрения этого типа
ИБП
упрощается и сводится к разговору о схеме и характеристиках этой серии
ИБП.
На рисунке 15 представлена блок-схема феррорезонансного ИБП

Рис. 15. Блок-схема феррорезонансного ИБП

Сравните эту схему со схемой ИБП

, взаимодействующего с сетью. Вы увидите много общего. По сути есть одно главное отличие — вместо автотрансформатора с отводами в схеме
феррорезонансного ИБП
появился феррорезонансный трансформатор. Но его наличие радикально меняет работу
ИБП
и позволяет отнести Ferrups к другому классу устройств, обеспечивающему более высокий уровень защиты нагрузки.

Поскольку именно трансформатор в значительной степени определяет свойства этого ИБП

, рассмотрим сначала подробнее работу феррорезонансного трансформатора.

Свойства феррорезонансного трансформатора

Великолепное изобретение Джозефа Солы — феррорезонансный трансформатор — было изначально предназначено для работы в качестве стабилизатора напряжения. Первый патент (1938 года) на это устройство так и назывался: «трансформатор постоянного напряжения».

Феррорезонансный трансформатор представляет собой совокупность двух магнитных цепей со слабой связью между ними. Выходная цепь содержит параллельный колебательный контур, подпитываемый от первичной цепи для компенсации мощности, поступающей в нагрузку.

Сам процесс ферромагнитного резонанса вполне аналогичен резонансу в линейных цепях, состоящих из индуктивностей и емкостей. В нелинейной цепи, такой как феррорезонансный трансформатор, резонанс используется для уменьшения колебаний напряжения во вторичной цепи.

Любое магнитное устройство представляет собой прибор с нелинейной характеристикой. Если магнитный поток меньше некоторой граничной величины, то магнитное сопротивление прибора пропорционально магнитному потоку. Если же магнитный поток превышает предельное значение, то магнитное сопротивление прибора скачкообразно возрастает (говорят, что наступает насыщение).

В феррорезонансном трансформаторе одна из магнитных цепей (выходная) находится в режиме насыщения, а другая (входная) не достигает насыщения. Большие изменения входного напряжения не могут привести к значительным изменениям напряжения на выходе из-за насыщения выходной магнитной цепи .

Все помнят, конечно, советские стабилизаторы напряжения, использовавшиеся для питания телевизоров в сельской местности, а зачастую и в городах. Они построены на основе феррорезонансного трансформатора. Эти стабилизаторы имели (и имеют до сих пор) отличный диапазон входных напряжений (от примерно 130 В при неполной нагрузке). Имеют они и множество недостатков. Главные из них — это огромные гармонические искажения выходного напряжения и неблагоприятный тепловой режим при отсутствии нагрузки.

Современные феррорезонансные трансформаторы устроены несколько сложнее, чем изобретенный в 1938 году. Они имеют нейтрализующую обмотку, специально предназначенную для уменьшения гармонических искажений выходного напряжения.

Нейтрализующая обмотка устроена так, что в ней генерируются гармоники, находящиеся в противофазе к гармоникам в основной выходной обмотке. Правильный подбор числа витков и магнитных сопротивлений позволяет за счет последовательного соединения нейтрализующей и основной выходной обмоток полностью компенсировать гармонические искажения. Более того, даже если напряжение на входе имеет сильные гармонические искажения, то применение феррорезонансного трансформатора позволяет почти полностью уменьшить гармонические искажения выходного напряжения.

Ток, потребляемый феррорезонансным трансформатором почти синусоидальный. Коэффициент гармонических искажений тока очень невелик. Наиболее важно то, что коэффициент гармонических искажений остается небольшим независимо от того, какая нагрузка подключена к трансформатору: линейная или нелинейная. Таким свойством феррорезонансный трансформатор обязан слабой связи между входной и выходной магнитной цепями.

На рисунке 16 представлена основная для любого стабилизатора напряжения характеристика — зависимость выходного напряжения от напряжения на входе.

Рис. 16. Характеристика «вход-выход» для феррорезонансного трансформатора.

Собственно на рисунке приведена половина симметричной характеристики: при повышении и понижении входного напряжения в окрестности средней точки феррорезонансный трансформатор ведет себя аналогично.

При полной нагрузке феррорезонансный трансформатор обеспечивает стабилизацию напряжения с погрешностью около 1 % при изменении напряжения на входе на 15 % относительно номинального.Наибольшие возможности феррорезонансный трансформатор предоставляет, если его нагрузка меньше номинальной. Так, при нагрузке около 50 %, диапазон входных напряжений невероятно расширяется: более, чем до 50 % от номинального входного напряжения.

Особенностью входной характеристики трансформатора является то, что даже на режиме холостого хода (отсутствия нагрузки) резонансная цепь феррорезонансного трансформатора находится под напряжением и потребляет около 10 % номинальной мощности трансформатора. Вообще в тепловом отношении режим холостого хода является наиболее напряженным для феррорезонансного трансформатора.

Феррорезонансный трансформатор способен выдерживать любые перегрузки. При уменьшении сопротивления нагрузки выходное напряжение уменьшается и трансформатор не перегревается. Даже при коротком замыкании выходной ток трансформатора ограничивается примерно 150-200 % от номинального тока. Суммарная мощность, потребляемая трансформатором от сети во время короткого замыкания, не превышает 10 % от номинальной.

Недостатком феррорезонансного трансформатора является зависимость выходного напряжения от частоты электрической сети. При изменении частоты на 1 % выходное напряжение изменяется примерно на 1-1.5 %. Увеличение частоты приводит к увеличению напряжения.

В феррорезонансном ИБП

кроме стабилизации напряжения феррорезонансный трансформатор выполняет и несколько других функций.

В случае сбоя электрической сети феррорезонансный трансформатор снабжает компьютер электричеством за счет энергии, накопленной в его магнитном поле. Это продолжается 8-16 миллисекунд. Этого времени достаточно для всех необходимых переключений и выхода инвертора на номинальный режим работы. Таким образом феррорезонансный ИБП

обеспечивает действительно бесперебойное питание компьютера, обладая свойствами
on-line ИБП
.

Феррорезонансный трансформатор также обеспечивает эффективное подавление шумов и импульсов, что дает возможность не использовать других, специальных, схем для их подавления.

Феррорезонансный трансформатор, используемый в ИБП

, имеет независимые первичные и вторичные обмотки, т.е. обеспечивает полную гальваническую изоляцию нагрузки от электрической сети. Это свойство повышает надежность систем бесперебойного питания и позволяет использовать феррорезонансные
ИБП
для защиты компьютерных сетей, в том числе расположенных в разных зданиях.

Трансформатор для феррорезонансного ИБП

является и входным устройством: на входе Ferrups нет уязвимых полупроводниковых элементов. Поэтому при сильных колебаниях входного напряжения, в том числе значительных импульсных нагрузках, этот
ИБП
не выходит из строя.

Сущемствуют модификации Ferrups, предназначенные для подключению не к фазному, а к линейному напряжению (т.е. напряжению 380 В). Выходное напряжение этих ИБП

равно 220 В. Подключение
ИБП
к двум линейным проводам имеет несколько преимуществ и приближает эти модификации феррорезонансных
ИБП
к
ИБП
с трехфазным входом. Среди преимуществ: отсутсвие перекоса фаз при подключении значительной однофазной нагрузки, более широкий диапазон условий эксплуатации
ИБП
за счет меньшего изменения линейного напряжения по сравнеию с фазным напряжением, отсутствие перегрузки нейтрали.

Режимы работы феррорезонансного ИБП

Феррорезонансный ИБП

может работать в одном из трех режимов.

Режим кондиционера питания

Простейший случай использования феррорезонансного ИБП

— это перевод его в режим кондиционера электропитания. В этот режим работы
ИБП
переводится в это состояние принудительно, с помощью переключателя на панели управления.

Как следует из названия режима, в это время ИБП

выполняет функции кондиционера электрической сети: стабилизирует напряжение и фильтрует электрические шумы и импульсы. Инвертор
ИБП
заблокирован.

Строго говоря, в этом режиме работы прибор не является источником бесперебойного питания, поскольку в случае исчезновения напряжения в электрической сети он не сможет поддержать работу своей нагрузки.

Работа от сети

В режиме работы от сети ИБП

работает так же, как и в режиме кондиционера питания, стабилизируя и фильтруя сетевое напряжение.

Выпрямитель ИБП

автоматически подзаряжает батарею
ИБП
.

Инвертор и батарея ИБП

постоянно находятся наготове, и как только блок анализа сети обнаружит сбой сети, который не может быть устранен с помощью феррорезонансного трансформатора, немедленно включается инвертор и
ИБП
переходит на режим работы от батареи.

Работа от батареи

По команде блока анализа сети, при возникновении сбоя электропитания, включается инвертор ИБП

. Включение производится так, чтобы напряжение инвертора было в фазе с напряжением электрической сети. Электрическая сеть после этого отключается от входа феррорезонансного трансформатора, но остается под контролем блока управления и анализа сети.

В момент переключения на режим работы от батареи ИБП

продолжает снабжать электроэнергией нагрузку, используя магнитную энергию, накопленную в обладающем большой индуктивностью феррорезонансном трансформаторе. В этот момент феррорезонансный трансформатор выполняет функцию «маховика», помогающего
ИБП
«проскочить» момент переключения, не прерывая питания нагрузки. На протяжении времени выхода инвертора на режим выходное напряжение успевает уменьшится на несколько процентов.

На режиме работы от батареи ИБП

, инвертор
ИБП
продолжает подавать напряжение к нагрузке, расходуя заряд батареи. После исчерпания заряда, когда напряжение на батарее становится менее минимально допустимого,
ИБП
выключает инвертор и нагрузка обесточивается.

Если напряжение в сети восстанавливается раньше исчерпания заряда батареи, ИБП

начинает подготовку к переключению на режим работы от сети. В это время блок управления следит за изменением разности фаз между выходом инвертора и сетью. В момент, когда разность фаз оказывается равной нулю, феррорезонансный трансформатор подключается к электрической сети, а инвертор прекращает работу.

Блок управления

Ferrups управляется микропроцессором, который постоянно контролирует множество параметров. К любой модели Ferrups можно подключить панель управления с алфавитно-цифровым дисплеем. Модели, начиная с мощности 4.3 кВА, оснащены ею стандартно.

В произвольный момент времени на панель управления можно вызвать любую из примерно 130 величин, хранящихся в основной памяти Ferrups. Некоторые из этих величин измеряются прибором: напряжение на входе и выходе ИБП

, ток нагрузки, температура в трех местах
ИБП
(внутри корпуса, радиатор и трансформатор) и т.д. Другие величины рассчитываются на основании измеренных: время работы от батареи, коэффициент мощности, мощность нагрузки в ВА и ваттах. Третью группу величин составляют установленные на заводе пределы допустимого изменения основных параметров: предельные температуры, напряжения и токи, верний и нижний пределы частоты и т.д. В памяти
ИБП
хранятся также: тип и номер прибора, наработка инвертора, результаты последнего тестирования, аварийные сообщения, а также несколько параметров, которые служат для настройки
ИБП.
Некоторые из величин могут быть не только просмотрены, но и изменены. Для защиты от произвольного изменения параметров неквалифицированным персоналом существует трехуровневая система паролей. Например пароль пользователя позволяет установить время и дату на часах микропроцессора, сервисный пароль позволяет настроить измеряемые величины и т.д.

В случае выхода регистрируемых параметров за установленные пределы ИБП

выдает аварийное сообщение. Оно регистрируется в памяти и сопровождается звуковым сигналом. Для каждого из 19 видов аварийных сообщений имеется свой звуковой сигнал, представляющий собой периодически повторяющийся код азбуки Морзе. Аварийные сообщения выдаются например в случае разряда батареи (два уровня разряда) или ее перезаряда, а также (отдельный сигнал), когда до исчерпания заряда батареи остается мало времени, выхода напряжений, токов, температур за установленные предел. Контролируется также работоспособность нескольких ухлов
ИБП
: батареи, инвертора, оперативной памяти, датчиков температуры.

С помощью панели управления Ferrups может быть переключен в режим кондиционера питания или на работу от батареи.

Одной из важных функций блока управления Ferrups является расчет напряжения, при котором производится переключение ИБП

на режим работы от батареи. Необходимость таккого расчета связана с тем, что диапазон входных напряжений феррорезонансного трансформатора сильно зависит от нагрузки
ИБП
(см. рис. 16). При небольшой нагрузке феррорезонасный
ИБП
переключается на режим работы от батареи при напряжении 140-150 В. Если нагрузка
ИБП
близка к номинальной, переключение на работу от батареи происходит при заметно более высоком напряжении (170-180 В).

В целом микропроцессорный блок управления Ferrups является одним из наиболее совершенных устройств такого наазначения. Кроме уже отмеченных особенностей, он реализует импульсный алгоритм заряда батареи и считает ожидаемое время работы от батареи точнее других известных мне ИБП.

Порт для связи с компьютером

Феррорезонансный ИБП

оснащен портом для связи с компьютером или другими устройствами. Этот порт предназначен для передачи и приема сигналов релейного типа и сигналов протокола RS232.

Для коммуникаций с Ferrups может использоваться не только компьютер с математическим обеспечением CheckUPS, но и любой терминал (или компьютер в режиме эмуляции терминала). Это позволяет, даже не имея математического обеспечения или пульта управления, произвести настройку ИБП.

Для общения с ИБП

используется специальный (причем подробно документированный в описании) язык, состоящий из примерно 40 базовых команд (ключевых слов). Посылка команды источнику бесперебойного питания вызвает реакцию: вывод запрошенных данных на экран терминала, изменение данных в памяти
ИБП
или переключение режимов работы Ferrups.

На экран терминала или компьютера может быть вызвана любая информация из памяти ИБП,

в том числе аварийные сообщения, любой из параметров, список параметров. С помощью терминала можно переключить
ИБП
в другой режим работы, изменить время или дату, стереть записанные аварийные сообщения и т.д.

Иногда в компьютерной комнате может быть установлен общий рубильник, предназначенный для отключения ( в том числе аварийного) всего оборудования одновременно. Понятно, что если часть оборудования питается через ИБП

, то отключение рубильника не приведет к отключению оборудования.
ИБП
отреагируют на это, как на обчный сбой питания и продолжат поддерживать работу оборудования от батареи.

Порт Ferrups может использоваться для подачи источнику бесперебойного питания специального сигнала от дополнительных контактов рубильника. После получения этого сигнала и исчезновения напряжения, ИБП

снимет напряжение с нагрузки. Включение рубильника вызовет подачу напряжения к оборудованию, защищаемому
ИБП.
Характеристики феррорезонансного ИБП

Мощность

Серия ИБП Ferrups состоит из 19 моделей мощностью от 500 до 18 кВА

КПД

Коэффициент полезного действия феррорезонансного ИБП

изменяется от 85 до 92 процентов, в зависимости от мощности.

Гальваническая развязка

FerrUPS не только имеет полную гальваническую развязку между входом и выходом, но и имеет уникально малую проходную емкость не более 2 пф и согласно национальным стандартам США может рассматриваться, как полностью изолированный источник электропитания.

Время работы от батареи

Феррорезонансный ИБП

в стандартной (минимальной) комплектации имеет время работы от батареи при полной нагрузке около 6-12 минут. Время работы от батареи может наращиваться практически неограниченно за счет установки более емких батарей в тот же корпус или применения отдельного корпуса для батареи. В отличие от большинства других ИБП, при увеличении емкости батареи Ferrups можно заменить и зарядное устройство. Это позволяет иметь небольшое время заряда батареи даже для батарей большой емкости.

Входное напряжение

Как уже говорилось, феррорезонансный ИБП

не чувствителен к перегрузкам на выходе. Даже при коротком замыкании на выходе он не выходит из строя (причем даже без предохранителей или электронной защиты). Однако, как и любой
однофазный ИБП
, Ferrups может быть выведен из строя при значительном повышении напряжения на его входе (например при аварийном повышении напряжения в случае обрыва нейтрали).

Большая часть моделей Ferrups (предназначенных для нашей электрической сети) имеет номинальное входное напряжение 220 В. К ним-то (как и ко всем другим однофазным ИБП

, и относится предыдущий параграф). Но модели, начиная с мощности 4.3 кВА, могут быть оснащены специальным автотрансформатором, меняющим номинальное входное
напряжение ИБП на 380 В
.

Это значит, что ИБП

с автотрансформатором может быть подключен не к фазному напряжению (220 В), а к линейному напряжению (380 В). Линейное напряжение в трехфазной электрической сети гораздо менее, чем фазное, подвержено любым изменениям, даже в случае серьезных аварий. Возможность значительного (более, чем на 25 %) возрастания линейного напряжения практически отсутствует. Поэтому феррорезонансный
ИБП
с входом на 380 В получает очень высокую устойчивость к изменениям входного напряжения: т.е. эту модель
ИБП
почти невозможно сжечь не только при коротком замыкании на выходе, но и при любых изменениях напряжения на входе.

Более того, эта разновидность Ferrups получает некоторые свойства трехфазных ИБП

. При подключении этого
ИБП
к линейному напряжению, не задействуется нейтральный провод. Это разгружает нейтраль, уменьшает гармонические искажения напряжения.

Защита от импульсов

FerrUPS испытывается на соответствие категории В соответствующего стандарта ANSI/IEEE (импульс 6000 В, 3000 А). Коэффициент уменьшения амплитуды импульса равен 1:2000. Ослабление импульсов основано на свойствах феррорезонансного трансформатора, который в отличие от варисторных фильтров импульсов не изнашивается.

Защита от шумов

Ferrups не имеет специального фильтра шумов. Для фильтрации шумов используется феррорезонансный трансформатор.

Ослабление шумов общего вида достигает 120 дБ, шумов нормального вида — до 60 дБ.

Форма осциллограммы напряжения

Полный коэффициент гармонических искажений выходного напряжения феррорезонансного ИБП

не превышает 5 % для линейной нагрузки. Искажения формы входного напряжения оказывают слабое влияние на форму выходного напряжения: оно остается синусоидальным.

Пик-фактор (коэффициент амплитуды) нагрузки

Феррорезонансный ИБП

(опять-таки в силу свойств своего трансформатора) имеет особенности при работе с импульсными блоками питания компьютеров и другими нелинейными нагрузками.

При питании от Ferrups блоки питания компьютеров работают с уменьшенным коэффициентом амплитуды тока потребления (т.е. амплитудное значение тока потребления уменьшается, а ширина импульсов увеличивается). Таким образом ток потребления компьютера приближается к синусоидальному.

Коэффициент амплитуды тока потребления самого феррорезонансного ИБП

практически не зависит от характера нагрузки, поэтому искажения, вносимые компьютерами в электрическую сеть уменьшаются.

Надежность

Это одно из важных требований к ИБП

, ведь он сам по себе предназначен для увеличения надежности работы какого-то оборудования.

Высокая надежность феррорезонансного ИБП

определяется его схемными особенностями: отсутствие полупроводников на входе, высокой устойчивостью трансформатора к колебаниям напряжения и абсолютной защищенностью от короткого замыкания на выходе.

По данным независимых исследований (Reliability Ratings — исследование проводилось методом опроса пользователей в Америке) Ferrups имеет наработку на отказ около 100 тысяч часов. Следующий за ним ИБП

отстает от него примерно вдвое.

Преимущества феррорезонансного ИБП

К положительным свойствам феррорезонансного ИБП

следует отнести следующие.

Гальваническая развязка.
Очень хорошая защита от шумов и наносекундных импульсов.
Защита от искажений формы кривой напряжения и микросекундных импульсов.
Плавная стабилизация напряжения.
Интеллектуальный интерфейс и возможность настройки параметров.
Высокая надежность. Есть веские основания считать Ferrups наиболее надежным и наиболее пригодным к работе в очень жестких условиях ИБП
.
Наличие возможности подключения к линейному напряжению трехфазной электрической сети.

Недостатки феррорезонансного ИБП

Немногочисленные недостатки Ferrups так же, как и его преимущества связаны с наличием в его схеме феррорезонансного трансформатора.

Ограничение выходного тока феррорезонансного трансформатора может быть и недостатком и преимуществом, в зависимости от обстоятельств. Выходной ток трансформатора не может превышать номинальный более, чем на 50 %. Поэтому от выдерживает короткое замыкание на выходе. Если для запуска какого-либо устройства кратковременно требуется больший ток (стартовый ток), то возможны два варианта: либо запуск устройства будет растянут по времени (мягкий запуск), что часто очень хорошо, либо устройство не запустится, не получив от ИБП

нужного стартового тока (например электродвигатель). При проектировании системы бесперебойного питания на базе Ferrups нужно обязательно проанализировать стартовые токи всех нагрузок и последовательность их включения, чтобы запуск одного из мощных устройств не привел к резкому снижению напряжения на других устройствах. Обычно для таких систем рекомендуется защищать каждое устройство (или группу устройств) своим автоматом с механизмом мгновенного действия.

Зачем заземлять

Заземление нейтрали трансформатора необходимо для создания стабильной работы электроустановки и безопасности людей, которые могут находиться на подстанции.

Рабочее заземление на трансформаторе является частью защитного. Это значит, что заземление, предназначенное для стабильной работы устройства, также защищает от поражения током.

Правила устройства электроустановок требуют, чтобы все силовые трансформаторы были заземлены.

В трансформаторах напряжения заземляется только трансформатор. Согласно правилам устройства электроустановок у трансформатора напряжения заземление вторичной обмотки происходит путем соединения общей точки или одного из концов обмотки с заземляющим проводником.

В трансформаторах тока заземляются вторичные обмотки. Для подключения проводников предусмотрены специальные зажимы. Обмотки нескольких установок можно соединять одним проводником и подключать к одной шине.

В электротехнике выделяют понятие сети с эффективно заземленной нейтралью. Оно применимо для силового трансформатора, у которого заземлено большинство нейтралей обмоток (глухое заземление нейтрали).

Если произойдет однофазное замыкание, то напряжение на поврежденных фазах не должно быть выше 1,4 напряжения на рабочих фазах в нормальных условиях.

Устройство трансформатора

Схема включения

Каждый фазоповоротный трансформатор принцип работы которого был рассмотрен в предыдущем разделе, состоит из двух преобразователей напряжения, отличающихся схемой включения. В его состав входят:

параллельный трансформатор (ПТ);
последовательное его дополнение (можно обозначить его как ПсТ).

Первичные обмотки ПТ включается параллельно линейной цепи по общеизвестной схеме типа «треугольник» (смотрите рисунок выше).

Вторичные же выполнены в виде полностью изолированных катушек с отводами от отдельных витков. Одним своим концом они подключаются к первичным обмоткам ПсТ, ответные части которых наглухо заземляются.

Вторичные обмотки последовательного трансформатора – это три изолированные фазы, включенные в разрыв основных питающих цепей. Из приведенной выше схемы следует, что трансформатор ПсТ подключается по схеме «звезда» (с наглухо заземленной нейтралью).

Важно! Такое включение обеспечивает дополнительный сдвиг фазы питающего напряжения на 90 градусов относительно сигнала, приходящего со станционного оборудования. По этой причине другое название этих устройств – фазоповоротный или кросс-трансформатор

Они способны работать как самостоятельно, так и в составе агрегатов, в которые входят преобразователи других типов. Из схемы включения также видно, что нагрузки к нему подключается через фазные вторичные обмотки ПсТ

По этой причине другое название этих устройств – фазоповоротный или кросс-трансформатор. Они способны работать как самостоятельно, так и в составе агрегатов, в которые входят преобразователи других типов. Из схемы включения также видно, что нагрузки к нему подключается через фазные вторичные обмотки ПсТ.

Эффект коррекции фаз

Последствия коррекции фаз могут быть представлены в виде поправок, которые вносятся в цепи после установки в них фазовращательных устройств. Для успешной работы таких трансформаторов при их проектировании должны учитываться следующие моменты:

В нагрузках формируется питающее напряжение, состоящее из суммы двух компонентов (вектора источника и величины, вносимой фазовращателем).
Добиться компенсации потерь в линии удается за счет изменения второй компоненты.
Для управления характеристиками ФТ во вторичной обмотке ПТ предусмотрены регулируемые отводы в виде реостата.
При изменении положения движка регулятора меняется вторая составляющая фазной суммы, компенсируя «набежавший» в линии сдвиг.

Таким путем осуществляется коррекция фазной разницы между векторами напряжений источника и потребителя, возникающего из-за распределенных параметров линий и неравномерности нагрузки.

РПН трансформатора расшифровка

Данные устройства нельзя сравнивать с обычными реле. Однако, принцип работы РПН достаточно простой. В каждом фазном выводе, имеющемся у трансформатора, установлены подвижные контакты в количестве двух единиц.

Один из них прижимается к витку обмотки, соответствующему данному значению напряжения. Во время перевода, происходит прижатие второго свободного контакта к последующему витку, где напряжение отличается. После этого, происходит отрыв первого прижатого контакта от витка. Таким образом, происходит переподключение вывода к другому витку, не разрывая цепь. Регулирование напряжения трансформатора под нагрузкой (РПН) может выполняться вручную или с помощью электрического привода.

Чтобы обеспечить безопасные условия для персонала, ручной привод используется при выключенном трансформаторе. Управляется электрический привод дистанционно, нередко, в автоматическом режиме. Регулировка под нагрузкой осуществляется на трансформаторах с большой мощностью.

Иногда, кроме РПН регулирование под нагрузкой, применяется ПБВ переключение без возбуждения. Этот вид регулирования применяется редко, как правило, при сезонных регулировках выключенного трансформатора.

схема рпн трансформатора

Устройство РПН, как правило, устанавливают на обмотке высшего напряжения по следующим причинам:

на стороне высшего напряжения меньшие токи, поэтому устройство имеет меньшие габариты;
обмотка высшего напряжения имеет большее количество витков, поэтому точность регулирования выше;
по конструктивному исполнению обмотка высшего напряжения является наружной (магнитопровод – обмотка низшего напряжения – обмотка высшего напряжения). Поэтому ревизию устройства РПН выполнять проще;
устройство РПН располагают в нейтрали высшей обмотки.Обмотки высшего напряжения соединяются в звезду, а обмотки низшего напряжения соединяются в треугольник. Трехфазное регулирование проще выполнить на обмотках, соединенных в звезду.

Самые популярные производители

Сегодня существует более десятка российских и зарубежных компаний, успешно производящих стабилизаторы напряжения. Продукты каждой из них отличаются по дизайну, производительности, типу питания и способу стабилизации. У каждой компании есть схожие по параметрам продукты. Но лишь во время использования их в деле мы узнаём как о плюсах, так, к сожалению, и о минусах. Некоторые компании уже потеряли квоту доверия, но остальные, благодаря качественной продукции, стараются держать марку. Вот какие производители популярны в нашей стране у потребителей:

Российские бренды – Полигон, Норма М, Стабвольт, Каскад;

Китайские бренды: Solby, Fnex, Sassin, Вольтрон, Вото;

Западные бренды: Ortea, Orion.

Зарубежные бренды хотя и качественнее, но уступают по уровню спроса китайским и российским продуктам. Причина нелюбви российских потребителей кроется в ценах. Если отечественный продукт весьма неплох и значительно дешевле, то зачем переплачивать?

Защита РПН

Для обеспечения штатной работы устройства применяется газовая защита. Выполняется дополнительная ёмкость (расширитель), соединённая с основной масляной средой трансформатора специальным каналом, в котором установлено реле и сигнальный элемент.

При незначительном газообразовании сигнальный элемент указывает на снижение уровня масла. В случае выброса, расширившееся масло вытесняется в расширитель. Если интенсивность выброса достигает установленного значения, срабатывает реле, отключая трансформатор. Таким способом предохраняется от разрушения контакторы РПН.

Что это такое

Стабилизатором называется устройство, которое выравнивает напряжение в сети, подавая на устройство необходимые 220 вольт. Большинство современных недорогих стабилизаторов работает в диапазоне +-10% от искомого показателя, то есть “выравнивая” скачки в диапазоне от 200 до 240 вольт. Если у вас наблюдаются более серьезные проседания, то нужно подбирать устройство подороже – некоторые модели способны “вытягивать” линию от 180 вольт.

Современные стабилизаторы напряжения это небольшие устройства, которые работают совершенно беззвучно, и не жужжат, как их “предки” из СССР. Они могут работать в сети 220 и 380 вольт (нужно подбирать при покупке).

Кроме падения напряжения качественные стабилизаторы “очищают” линию от мусорных импульсов, помех и перегрузок. Мы рекомендуем вам обязательно пользоваться подобными устройствами в быту, устанавливая их на входе в квартиру или, как минимум, на каждый важный бытовой прибор (котел, рабочий компьютер и пр). Но лучше все же не рисковать дорогой техникой, а приобрести нормальное выравнивающее устройство.

Теперь, когда вы знаете, что такое стабилизатор напряжения, подумайте, сколько денег он может вам сэкономить. Одновременно в квартире работает большое количество техники – стиральная машина, компьютер, телевизор, посудомойка, заряжается телефон и пр. Если произойдет скачок, то все это может выйти из строя, и ущерб будет нанесен на десятки, а то и сотни тысяч рублей. Доказать в суде, что причиной поломки техники стал скачок напряжения, практически невозможно, поэтому вам придется оплачивать ремонт и приобретать новую на свои деньги.

Принцип работы стабилизатора

Влияние стабилизатора на технику

Магнитофоны. Мощность на выходе таких устройств может сильно уменьшиться. Значительно ухудшается стирание записи.
Радиоприемники. Такая аппаратура может снижать чувствительность, и выход мощности заметно снижается.
Телевизоры. Если подсоединить прибор к телевизору, то можно увидеть заметное снижение качества изображения. Также некоторые цвета отображаются неверно.

Феррорезонансные стабилизаторы могут обладать негативными факторами. Если у вас затруднения с выбором подобной аппаратуры, то следует ознакомиться с правилами подбора.

Бытовые электрические устройства постепенно становятся более качественными. Поэтому изготовители приборов такого вида тоже стараются сделать качественными свои изделия. Они делают лучше электрическую схему, позволяющую выдержать повышенные нагрузки.

Теперь это устройство может обеспечивать точную настройку напряжения сети. Процесс коррекции и выравнивания напряжения осуществляется трансформатором. При надобности он способен уменьшать или увеличивать длину вторичной обмотки.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррезонансный стабилизатор

Феррорезонансные выпрямители не оборудуются встроенным вольтметром, вследствие чего сложно замерять выходной показатель напряжения сети. Отрегулировать величину напряжения собственноручно не получится. Стабилизаторы феррорезонансного типа частично искажают реальные показания, величина погрешности составляет до 12%.

Тем, кто долго пользуется такими устройствами, необходимо помнить, что они способны излучать магнитное поле, которое может нарушить правильное функционирование бытовой электротехники. Стабилизаторы такого класса настраиваются в заводских условиях, никаких дополнительных настроек в быту они не требуют.

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа симисторных стабилизаторов похожа на работу релейных устройств. Отличие составляет узел переключения обмоток трансформатора. Вместо реле у симисторных устройств переключение обмоток происходит мощными симисторами или тиристорами. Контроллер управляют работой симисторов.

Симисторное управление обмотками не имеет контактов, поэтому отсутствуют щелчки. Автотрансформатор намотан медным проводом. Эти стабилизаторы могут работать с пониженным напряжением от 90 В и высоким напряжением до 300 В. Точность регулировки напряжения может достичь 2%, что не вызывает моргание ламп.

Однако ЭДС самоиндукции во время переключения симисторами также имеет место, как и у релейных устройств. Так как симисторные ключи очень чувствительны к перегрузкам, им необходимо иметь запас по мощности. Такие устройства стабилизаторов напряжения имеют тяжелый температурный режим.

Схема работы симисторного стабилизатора

Поэтому симисторы ставятся на радиаторы с принудительным охлаждением вентиляторами. Работа этого вида устройства осуществляется по заводской программе, которая имеет неприятность ошибаться при эксплуатации.

В этом случае поможет только заводской ремонт. Стоимость таких стабилизаторов, на мой взгляд, завышена. Существуют симисторные стабилизаторы марки Volter с высокой степенью точности. Принцип работы этих стабилизаторов напряжения осуществляется по двухступенчатой системе. Первая ступень регулирует выходное напряжение грубо, а вторая степень имеет точную регулировку выходного напряжения.

Схема работы двухступеньчатого стабилизатора Volter

Один контроллер управляет двумя ступенями. По сути это два стабилизатора в одном корпусе. Обмотки обеих ступеней намотаны на одном трансформаторе. При 12 ключах двух ступеней стабилизатор имеет 36 уровней регулировки выходного напряжения, чем и достигается высокая точность выходного напряжения.

Устройство и принцип действия электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор обычно состоит из следующих компонентов:

измерителей входного и выходного напряжения;
управляющей микросхемы, которая анализирует данные от измерителей и при необходимости включает процесс преобразования напряжения;
трансформатора с возможностью переключения обмоток для регулировки напряжения;
блока электронных ключей (тиристоров или симисторов), который управляет переключением обмоток.

Принцип действия электронного стабилизатора может быть описан следующим образом:

при изменении напряжения в питающей сети фиксируется разница между фактическим и номинальным его значением. Управляющий микропроцессор подает сигнал на включение определенного силового ключа, коммутирующего именно ту секцию обмотки трансформатора, коэффициент трансформации которой обеспечит наиболее приближенное к номиналу значение выходного напряжения.

Таким образом, принцип действия электронных стабилизаторов во многом схож с работой устройств релейного типа. Если в последних коммутация необходимых обмоток автотрансформатора осуществляется при помощи электромеханических реле, то в электронных устройствах вместо них используются отличающиеся гораздо более высоким быстродействием силовые полупроводниковые ключи — тиристоры или симисторы.

Также конструкция электронного стабилизатора предусматривает работу в режиме «байпас» – когда сетевое напряжение находится в пределах нормы, электричество направляется в обход трансформатора и непосредственно подается потребителю.

Таким образом, питание электроприборов через электронный стабилизатор напряжения осуществляется следующим образом:

Если параметры электротока соответствуют нормативным, он проходит через байпас, не нагружая основные цепи стабилизатора.
Если происходит падение или возрастание напряжения, измеритель на входе стабилизатора фиксирует это изменение.
Управляющая микросхема стабилизатора отдает соответствующую команду и срабатывает блок электронных ключей.
В цепь включаются обмотки трансформатора, которые осуществляют преобразование напряжений до нужного уровня.

Принцип действия феррорезонансных стабилизаторов

Обмотка первичного типа, на которую поступает входное напряжение, находится на магнитопроводе. Он обладает большим поперечным сечением, что позволяет держать сердечник в ненасыщенном состоянии. На входе напряжение формирует магнитные потоки.

На зажимах обмотки вторичного типа формируется выходное напряжение. К этой обмотке подсоединяется нагрузка, которая находится на сердечнике, обладает небольшим сечением и пребывает в насыщенном состоянии. При аномалиях сетевого напряжения и магнитного потока его значение фактически не модифицируется, а также неизменным остаётся показатель ЭДС. Во время увеличения магнитного потока некоторая его доля будет замкнута на магнитном шунте.

Магнитный поток принимает синусоидальную форму и при его подходе к амплитудному показателю отдельный его участок переходит в режим насыщения. Повышение магнитного потока при этом прекращается. Замыкание потока по магнитному шунту будет осуществляться лишь тогда, когда показатель магнитного потока сравнится с амплитудным.

Наличие конденсатора позволяет феррорезонансному стабилизатору работать с увеличенным мощностным коэффициентом. Показатель стабилизации зависит от уровня наклона кривой горизонтального типа по отношению к абсциссе. Наклон данного участка значительный, поэтому обрести высокий уровень стабилизации без вспомогательного оборудования невозможно.

Надежность и ремонтоспособность

Надежность оборудования определяется многими факторами. Самыми явными из них являются качество и количество комплектующих элементов, применяемых при производстве изделий.

Если исходить из того, что производители и тех и других стабилизаторов гарантируют высокое качество элементной базы, то следует оценить количественную составляющую.

Крепёжные изделия, краску и другие малосущественные компоненты в расчет не берем. Сравним количество электроэлементов.

Классический стабилизатор построен проще и включает в себя от 50 до 80 элементов и выделяет при работе минимум тепла.

В инверторном комплектующих в 3 — 5 раз больше и выделение тепла весьма существенно, что обусловливает необходимость наличия большого радиатора или вентилятора.

А теперь немного теории. Надежность изделия зависит от надежности каждого входящего элемента и количества этих элементов. Кроме того, повышение температуры на 10 градусов снижает надежность (в литературе приводятся различные цифры, вплоть до уменьшения срока службы в 2 раза).

Если принять надежность одного элемента равной 0,99, то суммарная надежность трех элементов составит: 0,99х0,99х0,99=0,97 (т.е. вероятность отказа 3%), а при наличии 10 элементов этот показатель будет равен 0,90 (т.е. вероятность отказа 10%).

Конечно, современные элементы имеют надежность выше 0,99, но тенденция снижения надежности при увеличении количества элементов весьма показательна.

Можно возразить, что при наличии большого количества элементов наши телевизоры, компьютеры, стиральные машины нормально работают годами. Но не стоит забывать, что бытовая техника работает далеко не полные сутки, а стабилизатор, не выключаясь, должен работать постоянно.

Практика эксплуатации классических стабилизаторов показывает, что они могут работать 10 лет и более. По инверторным моделям такой статистики пока просто нет. Мы знаем, что любая, даже самая качественная, техника порой требует ремонта. И потребителю небезразлично, насколько легко или сложно будет этот ремонт осуществить.

В течение гарантийного периода и при наличии доступной сервисной службы ремонт будет сделан по крайней мере бесплатно, хотя сроки, скорее всего, будут зависеть от сложности ремонта. А в иных случаях могут возникнуть проблемы, связанные с ремонтопригодностью изделия.

Ремонтопригодность стабилизаторов определяется несколькими параметрами.

Это плотность монтажа, легкость или сложность доступа к элементам. Это необходимость наличия того или иного оборудования для демонтажа и монтажа ремонтируемого изделия, наличия приборов и стендов для его наладки и тестирования. Это доступность элементной базы в случае необходимости замены неисправных деталей. И, конечно же, требования к квалификации ремонтного персонала.

Классические релейные стабилизаторы имеют низкую плотность монтажа и их элементная база не предполагает редких и дефицитных микросхем. Используемые приборы просты, а в качестве стенда обычно можно просто использовать ЛАТР. Поэтому требования к квалификации ремонтного персонала не особенно высоки, можно сказать, что достаточна квалификация на уровне гаражного радиолюбителя. Понятно, что при таких условиях ремонт не будет большой проблемой для потребителя.

С инверторными стабилизаторами картина совершенно иная. Компоновка здесь плотная, и основная масса элементов – это SMD, специализированные микросхемы. Для монтажа и демонтажа SMD потребуется приобрести специальное оборудование, а замена таких микросхем невозможна без хорошей паяльной станции. Кроме того, сами эти элементы не всегда можно будет легко приобрести, а в небольших населенных пунктах их покупка будет практически нереальна. Из оборудования обязателен осцилограф с приличной полосой пропускания. Понятно, что квалификация персонала должна быть не ниже инженера. И скорее всего придется обращаться к производителю.

Феррорезонансные стабилизаторы

Достоинства и недостатки

Среди ключевых плюсов феррорезонансных выпрямителей можно отметить:

стойкость к перегрузкам;
обширный интервал эксплуатационных значений;
быстрота регулировки;
ток обретает форму синуса;
высокая точность выравнивания.

Но при всех этих преимуществах имеются у приборов данного класса и свои минусы:

Качество функционирования зависит от показателя нагрузки.
При работе формируются внешние электромагнитные помехи.
Нестабильное функционирование при небольших нагрузках.
Высокие показатели массы и размеров.
Возникновение шума при работе.

Большинство современных моделей лишены таких недостатков, но они выделяются немалой стоимостью, порой выше, нежели цена ИБП. Также устройства не оборудуются вольтметром, что лишает возможности их регулировки.

Инверторные стабилизаторы

Современные инверторные стабилизаторы Штиль серии «Инстаб»
Это наиболее «молодой» вид стабилизаторов – серийное производство начато в конце 2000-х годов. Инновационная конструкция и характеристики, недоступные для моделей других топологий, делают данные устройства прорывом в стабилизации электрической энергии.

Устройство и принцип работы.

Принцип действия данных устройств схож с on-line ИБП и построен на базе прогрессивной технологии двойного преобразования энергии. Сначала выпрямитель превращает входное переменное напряжение в постоянное, которое затем накапливается в промежуточных конденсаторах и подаётся на инвертор, осуществляющий обратное преобразование в переменное стабилизированное выходное напряжение. Инверторные стабилизаторы кардинально отличаются от релейных, тиристорных и электромеханических по внутреннему строению. В частности, в них отсутствует автотрансформатор и любые подвижные элементы, в том числе и реле. Соответственно, стабилизаторы двойного преобразования избавлены от недостатков, присущих трансформаторным моделям.

Преимущества.

Алгоритм работы этой группы устройств исключает трансляцию любого внешнего возмущающего воздействия на выход, что обеспечивает полную защиту от большинства проблем электроснабжения и гарантирует питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы со значением максимально приближенным к номинальному (точность ±2%). Кроме того, инверторная топология устраняет все недостатки характерные другим принципам стабилизации электрической энергии и обеспечивает моделям, реализованным на её базе, уникальное быстродействие – стабилизатор реагирует на изменение входного сигнала мгновенно, без задержек во времени (0 мс)!

Другие важные преимущества инверторных стабилизаторов:

максимально широкие границы рабочего сетевого напряжения – от 90 до 310 В, при этом идеальная синусоидальная форма выходного сигнала сохраняется во всем указанном диапазоне;
непрерывное бесступенчатое регулирование напряжения – исключает ряд неприятных эффектов, связанных с переключением порогов стабилизации в электронных (релейных и полупроводниковых) моделях;
отсутствие автотрансформатора и подвижных механических контактов – повышает ресурс работы и снижает массу изделия;
наличие входного и выходного фильтров высоких частот – эффективно подавляют возникающие помехи (присутствуют не во всех моделях, характерны в частности для продукции ГК «Штиль» – ведущего производителя инверторных стабилизаторов).

Возникает закономерный вопрос — есть ли недостатки у инверторных устройств? Единственным и в то же время спорным недостатком является более высокая цена. Но учитывая технические требования современной бытовой техники и одновременно сохраняющуюся тенденцию перепадов сетевого напряжения, инверторные стабилизаторы сегодня являются самым экономически оправданным вариантом для постоянного пользования как в частных домах и загородных коттеджах, так и на промышленных объектах. Они гарантируют устойчивое, корректное функционирование дорогостоящей бытовой техники и чувствительных электронных устройств при любом качестве питающей электросети.

Рисунок 4 – Схема инверторного стабилизатора напряжения

Подробнее по этой теме читайте ниже:

Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль». Модельный ряд.

Стабилизатор напряжения электромеханического типа

Что собой представляет данный прибор? По сути, это трансформатор (вольтодобавочный), который самостоятельно регулирует напряжение на подающем шлейфе. То есть, нет необходимости что-то подкручивать, если появилась необходимость добавить несколько вольт, как это делается с релейными аналогами.

В настоящее время область применения электромеханических стабилизаторов достаточно обширна. Это не только помещения бытового назначения и офисы, востребованы эти приборы и в тех местах, где используется высокоточное электронное оборудование. К примеру, в медицинских учреждениях.

Классификация стабилизаторов

Основное разделение стабилизаторов напряжения электромеханических производится по самому напряжению. То есть, они бывают однофазными (220 вольт) и трехфазными (380 вольт). Понятно, что первые чаще всего используются в частном секторе и в офисных помещениях, вторые в больших учреждениях и на производстве. Хотя сегодня, когда у населения появилась возможность строить большие собственные дома, в которых размещается огромное количество бытовой техники, трехфазные стабилизаторы напряжения стали устанавливаться и в них.

По своему исполнению приборы представлены настенными моделями, напольными, настольными, могут крепиться как в горизонтальном положении, так и в вертикальном. То есть, производители учли все варианты удобного расположения, зависящего от места установки аппарата. Необходимо отметить, что эти стабилизаторы напряжения обладают очень точной установкой напряжения, работают без посторонних помех, прекрасно себя показали при краткосрочных высоких перегрузках, при этом обладают достаточно широким интервалом стабилизации самого напряжения.

И третья позиция разделения – это мощность прибора. В настоящее время производители предлагают очень широкий модельный ряд в этом плане. Здесь и простые маломощные стабилизаторы напряжения 500 кВА, и высокомощные агрегаты до 20000 кВА. Необходимо отметить, что чисто конструктивно две позиции (220 и 380 вольт) отличаются между собой тем, что первый вариант – это один трансформатор и один щеточный блок, в конструкции второго могут присутствовать два или три трансформатора.

Достоинства и недостатки

Электромеханические стабилизаторы напряжения обладают широким рядом преимуществ перед другими аналогами:

широчайший диапазон входного напряжения;
высокая точность выходного показателя напряжения, искажения практически отсутствуют;
безопасная работа при высоком входном напряжении краткосрочного действия в независимости от того это будет напряжение 220 вольт или 380;
низкая чувствительность (практически полное ее отсутствие) к рабочей частоте дает возможность использовать трехфазные стабилизаторы напряжения на промышленных объектах;
бесшумная работа даже при самых высоких скачках напряжения в подающей сети.

Не обошлось и без недостатков:

к сожалению, это не электронный прибор, поэтому в конструкции электромеханического стабилизатора присутствуют подвижные элементы, которые раз в 5-6 лет придется менять на новые;
раз в десять лет производители рекомендуют менять сервопривод щеточного блока;
если напряжение в подающей сети падает ниже 180 вольт, то практически все производители не гарантируют его повышение на выходе до заявленного паспортного значения;
однофазные аналоги не приспособлены работать при низких температурах, поэтому лучше всего устанавливать их внутри отапливаемых помещений;
не очень высокая скорость стабилизации, конечно, если сравнивать с другими моделями;
есть ли необходимость данный момент относить к недостаткам, каждый решает сам, но работа сервопривода электромеханического стабилизатора сопровождается щелчком, который действует доли секунд.

Феррорезонансные стабилизаторы

Советы по выбору стабилизатора

При выборе учитывайте следующие факторы:

Модель стабилизатора по числу фаз сети. Если в вашей трехфазной сети работают 1-фазные устройства, то для защиты от перепадов напряжения лучше применять три отдельных однофазных стабилизатора.
Мощность прибора. При определении этого параметра нужно учесть, что некоторые устройства имеют асинхронные двигатели, у которых высокие пусковые токи.
Точность стабилизации для защиты бытовых устройств, его быстродействие.
Наличие вспомогательных функций.
Условия работы прибора.
При выборе прибора необходимо учесть схему разводки проводов цепи питания.

Источник

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

Основа конструкции этого бытового стабилизатора – автотрансформатор. Регулировка напряжения происходит автоматически: токосъёмный узел перемещается по обмотке автотрансформатора, тем самым изменяя коэффициент трансформации. Так выходное напряжение поддерживается в пределах стандартного значения.

Достоинства:

наиболее подходящий режим питания для бытовых приборов;
высокая точность стабилизации (допустимые отклонения от стандартного значения – 2-3-%);
плавность регулировки;
исключение собственных влияний, искажающих синусоидальную форму напряжения;
относительно тихая работа перемещающегося токосъёмного узла.

Недостатки:

невозможность использования при повышенной влажности, запыленности, отрицательных температурах;
относительно низкие пределы регулировки;
низкая скорость регулировки;
износ движущихся частей;
необходимость периодической профилактики, предупреждающей заклинивание подвижного токосъёмного элемента, уход за щёточными узлами.

Ферромагнитные стабилизаторы.

Такие устройства в прошлые времена широко применялись дома для питания холодильников, ламповых телевизоров и приёмников. Устройства просты, а стоимость их низка. Однако их применение в настоящее время ограничено, так как они имеют целый ряд существенных недостатков:

большой вес и габариты;
высокий уровень шума;
малые пределы регулировки;
искажение синусоидальной формы напряжения;
генерация в сеть электрических помех;
ограниченные пределы нагрузочной способности (минимальная нагрузка – не менее 20% от номинала, а перегрузка не допускается).

Классификация

Различают несколько типов РПН, отличающихся следующими характеристиками:

разновидностью токоограничивающего элемента – с реакторами или резисторами;
наличием или отсутствием контактора;
количеством фаз – однофазные и трёхфазные;
типом токовой коммутации.

Расшифровка маркировки для РПН типа UBB…
В зависимости от способа коммутации тока, существуют следующие разновидности устройств:

дуга разрывается в объёме, заполненном трансформаторным маслом – устройство предполагает использование дугогасительных контактов, не требующих применения специальных элементов для гашения дуги;
дуга разрывается в разреженном пространстве – предполагают использование вакуумных дугогасительных камер, производимых промышленным способом;
отключение производится посредством тиристоров, бездуговым способом;
комбинированные способы – с сочетанием различных типов коммутации.

Чтобы обеспечить безопасность и функциональность РПН, они снабжаются автоматическими контролирующими элементами и регуляторами напряжения.

Кроме указанных устройств, для изменения характеристик напряжения в мощных агрегатах могут применяться специальные вольтодобавочные трансформаторы. Данное оборудование подключается последовательно и используется вместе с основным агрегатом в качестве вспомогательного. Но указанный способ не получил широкого применения в связи с дороговизной и высокой сложностью схемы.

Виды трансформаторов и принцип работы

Принцип работы конструктивного устройства, показатели мощности и требуемые нюансы различаются в зависимости от того, на скольких кВ работает оборудование. Требования обязательны к соблюдению, даже мельчайшие погрешности приводят к изменению феррорезонансной устойчивости.

Работающие при 110-ти киловольтах

Возникающие при функционировании сетей 110 кВ феррорезонансные явления обуславливаются начлиием разземления для уменьшения токов. Присутствуют резонансные колебания, связанные с:

гармоникой и субгармоникой — появляется между конденсатами с определенными показателями емкости и индуктивностью трансформаторов;
субгармоника при режимах неполных фаз — появляется в результате попадания через между фазные линии, когда напряжение подается на отключенную фазу;
гармоника при неполной фазу — присутствует, когда работает тс с разземлением и взаимодействует с индуктивностью нелинейным образом.

При нулевом канале резонансные явления не возникают, но если определенный участок изменяет нейтраль, то это состояние возможно. Разземление приводит к тому, что повреждаются конструктивные детали. Сопротивление первичной обмотки создает резонанс на частоте 16 Герц, как последствие энергетический поток переводится через междуфазные проводники.

Антирезонансные трансформаторы напряжения, рассчитанные на 220, 330 и 500 киловольт

Для оборудования, которое работает на 220, 330 и 500 киловольтах существенную проблему представляют феррорезонансы с конденсаторами, которые отвечают за высоковольтные смены. Емкость значительная, при этом напряжение попадает при отключении цепи на трансформатор (разделяется между шинами и конденсаторами). Принцип работы состоит в том, чтоб обеспечить:

линеаризацию магнитного провода;
увеличение технических характеристик магнитопровода;
увеличение показателя сцепления;
снижение характеристик индуктивности;
снижение потерь в первичной обмотке.

Выбор конкретных методик и принципа работы для такого трансформатора определяется типологией оборудования. Иногда оптимальным вариантом будет выбрать снижение субгармоники резонанса и вместе с этим уменьшить некоторые параметры производительности устройства.

Трансформаторы типа: НАМИ-10, НАМИ-10-95, НАМИ-10-95 УХЛ2

НАМИ-10 представляет собой первый трансформатор, используемый для снижения показателя резонанса. Расшифровка НАМИ буквально означает то, что трансформатор относится к типу работающий с напряжением (Н), антирезонансный (А), масляный, но в конкретном случае возникает циркуляция природным способом масла и воздушных потоков (М), изоляционно-контрольный (И). ТС такого типа является конструкцией из двух трехобмоточных тс.

НАМИ-10-95 является устройством, работающим в электрических сетях с частотой от 50 Герц. Трехфазный, предназначается для работы с измерительными системами, автоматическими устройствами, сигнализациями. Напряжение первичной обмотки составляет 10 или 6 кВ, вторичной — 0,1. Заземление собрано из конструкционной стали. Он масляный, обмотки с магнитопроводами помещены в сосуд.

НАМИ-10-95 УХЛ2 кроме основного предназначения (передача сигнала к оборудованию управления, измерения или защиты, могут использоваться для изоляции от максимальных показателей напряжения цепей электрических приборов на производстве. Всего установлено две вторичных обмотки, напряжение номинальное каждой из них не превышает 100 В.

Как подобрать оборудование: ключевые характеристики

Главными параметрами при выборе стабилизатора являются допустимый диапазон входного напряжения и мощность подключаемого оборудования

Иногда требуется обращать внимание на точность установки выходных значений, скорость регулировки

Фазность

Существует три вида:

однофазный ток;
двухфазный ток;
трехфазный ток.

Для стабилизации напряжения в многофазных сетях требуется использование специализированных устройств.

Мощность

Мощность стабилизатора должна соответствовать мощности подключенной нагрузки. Устройство, работающее на предельной нагрузке выйдет из строя, а более мощное с низкой нагрузкой будет работать надежно, имея при этом, низкий КПД.

При расчете суммарной нагрузки потребителей учитывают тот факт, что не всегда оборудование включается одновременно.

Активная нагрузка

Нагревательные приборы, лампы накаливания характеризуются потреблением активной мощности, которая при расчетах полностью соответствует полной мощности. Подобные приборы вырабатывают тепло и свет. Они не содержат индуктивности и емкости. Активная нагрузка преобразовывает электроэнергию в свет и тепло.

Реактивная нагрузка

Содержит емкость и индуктивность:

электродвигатель;
пылесос;
кухонный комбайн;
бытовой инструмент.

То есть, все устройства, которые содержат электродвигатели. При расчете требует применения коэффициента. Так как ипотребляемая мощность будет больше, чем при реактивной нагрузке.

Запас мощности

При выборе мощности руководствуются тем, что нормальная работа обеспечивается при наличии запаса, не менее 30%. То есть, если мощность нагрузки составляет 3500 Вт, то мощность стабилизатора не менее 5000 Вт.

Запас мощности важен при пониженном напряжении сети. Чем ниже входное напряжение, тем сильнее снижается допустимая мощность нагрузки.

Диапазон стабилизируемого напряжения

Каждое устройство сохраняет работоспособность только в узком диапазоне напряжения. Допустимый диапазон различается в зависимости от типа используемого стабилизатора. Например, у электромеханических 180 – 240 В, а у инверторных 110 – 250 В.

Выход напряжения за указанные пределы вызывает срабатывание защиты и отключение устройства.

Точность стабилизации

Точность стабилизации – это способность прибора поддерживать выходное напряжение в заданных параметрах. Наилучшей точностью отличаются электромеханические и инверторные стабилизаторы. Релейные или тиристорные имеют ступенчатый характер изменения выходного напряжения в пределах 5В. Такое изменение заметно при использовании некоторых типов осветительных приборов и выражается в скачках яркости.

Способ установки

В зависимости от требований и мощности, стабилизаторы устанавливаю несколькими способами:

на всю сеть;
на отдельные группы приборов;
на каждый потребитель.

Часто бывает так, что несколько маломощных стабилизаторов по стоимости оказываются выгоднее одного мощного. К этому добавляется еще и увеличение надежности.

Наличие информационного дисплея

Информационный дисплей на панели прибора – необходимый функциональный элемент, позволяющий визуально контролировать состояние параметров сети. На нем будет видно:

входящее и выходящее напряжение;
нагрузка;
предупреждение;
перегрузка;
перегрев.

Производитель

Аппаратура ведущих производителей надежна, но и, соответственно, дорога. Многие, желая сэкономить, приобретают продукцию неизвестных производителей по минимальной стоимости, хотя такой выбор отличается крайне низкой гарантией исправной работы. И даже сам может являться причиной, например – пожара.

Феррорезонанс в трансформаторе напряжения: принцип работы стабилизатора напряжения

Феррорезонансный стабилизатор напряжения уже давно активно применяется не только в быту, но и в промышленности. Устройства этого класса позволяют выровнять напряжение переменного типа. В основе принципа функционирования заключается эффект электромагнитного резонанса в колебательном контуре. Такие нормализаторы обладают массой достоинств, но также имеют и свои недостатки.

Феррорезонансные явления в электрических сетях

Данное явление бывает 2 типов: резонанс токов и напряжения.

Феррорезонанс напряжений возможен, когда в сети имеется индуктивность, характеризующаяся нелинейным вольт-амперным свойством. Данная характеристика свойственна катушкам индуктивности, где сердечники производятся из ферромагнитных компонентов. Особенно это касается выпрямителей линейки НКФ. Такое негативное явление обуславливается небольшим показателем сопротивлений омического и индуктивного типов по отношению к силовым трансформаторам.

Феррорезонанс в трансформаторе напряжения

Когда трансформатор напряжения подключается к сети, в ней формируются последовательно совмещённые LC-цепи, являющие собой контур резонансного типа. При последовательном подключении индуктивного элемента с нелинейным вольт-амперным свойством к элементу ёмкостного типа напряжение в этой зоне цепи характеризуется как активно-индуктивное.

По окончании определённого временного периода значение напряжения на индуктивном элементе становится пиковым, магнитопровод питается, а напряжение на компоненте ёмкостного типа продолжает расти. Феррорезонанс в трансформаторе напряжения наступает, когда напряжение индуктивности и ёмкостного элемента становится равнозначным.

Быстрый переход приложенного напряжения из активно-индуктивного типа в активно-ёмкостной именуется как “опрокидывание фазы”. Такой эффект опасен для электроприборов.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррезонансный стабилизатор

Влияние стабилизатора на технику

Феррорезонансный стабилизатор напряжения, принцип работы которого непрост, воздействует на бытовую технику следующим образом:

Радиоприёмник – чувствительность приёма сигнала может быть уменьшена, показатель выходной мощности существенно снижается.
Музыкальный центр – выходная мощность такой техники может существенно снизиться, стирание и запись новых дисков значительно ухудшаются.
Телевизор – при подсоединении к стабилизатору можно наблюдать значительное снижение качества картинки на ТВ, отдельные цвета передаются неправильно.

Электрическая схема современных нормализаторов феррорезонансного типа улучшена, что позволяет им выдерживать большие нагрузки. Такие устройства могут гарантировать точную регулировку сетевого напряжения. Процедура корректировки выполняется трансформатором.

Режимы эксплуатации

Эксплуатационные режимы стабилизаторов зависят от ряда факторов. Прямое влияние имеет показатель мощности и класс устройства. Мощностные характеристики прибора могут быть разными, выбирать их надо с учётом типа подсоединяемой электротехники.

Режимы функционирования выпрямителя зависят от таких типов нагрузки:

индуктивная;
активная;
ёмкостная.

Активная нагрузка в чистой форме наблюдается крайне редко. Она необходима только в тех цепях, где переменное значение устройства не имеет ограничений. Нагрузки ёмкостного типа могут применяться только для тех выпрямителей, которые обладают невысокой мощностью.

Режимы эксплуатации

Эти режимы чаще всего зависят от различных факторов. На режим влияет мощность и вид прибора. Мощность устройства может быть различной и подбирать ее нужно, учитывая вид подключаемых устройств, которые планируется подсоединять для работы. Режимы работы выпрямляющего прибора зависят от следующих видов нагрузки:

Индуктивная.
Емкостная.
Активная.

Чисто активная нагрузка существует очень редко. Она требуется только в цепях без ограничения переменного значения прибора. Если вам нужно применить емкостную нагрузку, то нужно знать, что она служит только для стабилизаторов, имеющих малую мощность. Реакция определяется емкостью сопротивления, намного меньшего, чем нагрузка.

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
напряжение основной вторичной обмотки (100 В – для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 – однофазных, включаемых между фазой и землей напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В – однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 – однофазные в сети с изолированной нейтралью
число фаз (однофазные, трехфазные)
количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)

На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.