Jednostka zwana „trójfazowym stabilizatorem napięcia” to złożone urządzenie elektroniczne, które pozwala utrzymać parametry mocy wyjściowej na pożądanym poziomie. Zapotrzebowanie na te produkty jest spowodowane niestabilnością zasilania sieciowego 380 V, którego wahania czasami osiągają niebezpieczne wartości. Podczas instalowania stabilizatorów można zaoszczędzić podłączony do niego sprzęt przemysłowy i gospodarstwa domowego, który często zawodzi z powodu napięcia przekraczającego wartości graniczne.
Cechy konstrukcyjne
Ze względu na swoją konstrukcję stabilizator trójfazowy to trzy moduły jednofazowe tego samego typu ze wspólnym obwodem sterującym i monitorującym. Znane są dwie wersje takich urządzeń:
- W pierwszym przypadku jest to pojedyncza konstrukcja zawierająca trzy niezależne obwody stabilizacyjne.
- Druga opcja składa się z trzech identycznych jednofazowych stabilizatorów połączonych w schemat „gwiazdy” i umieszczonych w postaci modułów w jednym stojaku.
Pierwsza z wersji służy do obsługi odbiorców o małej mocy i jest stosunkowo tania. Ale za to trzeba zapłacić poważnymi problemami, które są możliwe podczas jego działania. Jeśli jeden z 3 schematów zawiedzie, cała konstrukcja musi zostać naprawiona lub całkowicie odnowiona. Druga modyfikacja (w postaci stojaka z niezależnymi modułami) wyróżnia się zwiększoną funkcjonalnością, która pozwala nie przerywać zasilania w przypadku awarii jednej z linii fazowych. W takim przypadku napięcie jest podawane bezpośrednio na wyjście, z pominięciem modułu powodującego problem.
Cechą podłączania jakichkolwiek modyfikacji jest oddzielne zasilanie fazy do każdego z konwerterów, podczas gdy zero robocze pozostaje dla nich wspólne. Dodatkowo obudowy tych urządzeń muszą być podłączone do istniejącej pętli uziemienia w obiekcie przemysłowym.
Obwód sterowania i kontroli stabilizatorów napięcia 380 V działa według specjalnego algorytmu, który pozwala nie tylko regulować wartość napięcia wyjściowego, ale także wyłączać urządzenie w następujących sytuacjach awaryjnych:
- wartość napięcia jednej z faz jest poniżej lub powyżej poziomu krytycznego;
- temperatura elementów sterujących modułów konwertera przekracza ustawiony próg;
- w obwodzie poboru stwierdzono silną nierównowagę faz.
Asymetria faz jest typowa dla trybu pracy z nierównomiernym obciążeniem, gdy wartości napięć fazowych są przesunięte w kierunku zera przewodu neutralnego transformatora.
Wbudowany w urządzenie 4-biegunowy wyłącznik automatyczny służy jako element ochronny, który w sytuacji awaryjnej odłącza obciążenie. Stabilizator 3-fazowy jest zaprojektowany zewnętrznie jako pionowo zamontowana konstrukcja podłogi. Na jego przednim panelu, oprócz kontrolek, wyświetlane są wskaźniki napięcia, wykonane w postaci woltomierzy tarczowych lub nowoczesnych wskaźników cyfrowych.
Zasada działania i zakres
- podstawą większości stabilizatorów jest konwerter-transformator z regulowaną liczbą zwojów na wyjściu, co umożliwia zmianę napięcia na nich w jednym lub drugim kierunku;
- tak długo, jak odczyty na wejściu odpowiadają nominalnemu, normalne 220 woltów jest usuwane z uzwojenia wyjściowego;
- jeśli napięcie wejściowe zmieniło się w górę lub w dół, sterownik wbudowany w stabilizator przetwarza różnicę i wysyła sygnał sterujący do specjalnego mechanizmu silnikowego;
- ten ostatni przesuwa suwak ściągacza napięcia w pożądanym kierunku, dostosowując napięcie wyjściowe, aż osiągnie ono wartość nominalną.
Wśród próbek urządzeń stabilizujących produkowanych przez przemysł znajdują się modele z płynną i stopniową kontrolą.
Pole zastosowania stabilizatorów trójfazowych jest dość szerokie. Są instalowane w obwodach zasilających nie tylko w produkcji, ale także w domu, głównie w domach prywatnych i wiejskich. Urządzenia stabilizujące na potrzeby gospodarstw domowych z reguły mają niską moc znamionową, ograniczoną do 30-50 kW. Bardziej energochłonne jednostki (do 100 kW) są często instalowane w urzędach miejskich, na podmiejskich osiedlach, a także w małych przedsiębiorstwach.
W przypadku osobistej daczy wystarczy urządzenie gwarantujące moc wyjściową do 50-70 kW. Przemysłowe próbki stabilizatorów o deklarowanej mocy powyżej 100 kW są instalowane w sklepach fabryk, placówkach medycznych, a także na terenach wystawienniczych i centrach handlowych. Urządzenia z galwaniczną izolacją napięcia, pracujące w warunkach wysokiej wilgotności, są poszukiwane w wyspecjalizowanych placówkach medycznych, laboratoriach i ośrodkach naukowych.
Rodzaje stabilizatorów trójfazowych
Przemysł uruchomił produkcję dużej liczby modyfikacji stabilizatorów przeznaczonych do pracy w sieciach trójfazowych. Lista głównych typów takich jednostek:
- urządzenia przekaźnikowe i tyrystorowe;
- stabilizatory elektromechaniczne;
- modele ferrorezonansowe i falownikowe;
- urządzenia hybrydowe.
Każde z tych stanowisk wymaga osobnego rozważenia.
Próbki przekaźników i tyrystorów
W urządzeniach przekaźnikowych przekaźniki elektromagnetyczne służą do przełączania zwojów cewki wyjściowej wbudowanego transformatora. Systemy tej klasy charakteryzują się wystarczającą szybkością oraz są wygodne w obsłudze i konserwacji. Jednak ze względu na mechaniczny charakter przełączania nie są one wystarczająco trwałe (zasób wyzwalania przekaźnika jest ograniczony). Jednocześnie dokładność regulacji wskaźników wyjściowych jednostek przekaźnikowych jest niewystarczająca dla potrzeb praktycznych.
Urządzenia tyrystorowe nie zawierają styków mechanicznych, ponieważ ich obwód przełączający zbudowany jest na bazie urządzeń półprzewodnikowych. Z tego powodu wskaźniki niezawodności i trwałości stabilizatora są znacznie zwiększone, a zasób jest praktycznie nieograniczony. Dzięki sprawnie działającej produkcji nowoczesnych podzespołów elektronicznych koszt takiego urządzenia jest niski.
Modele elektromechaniczne
W tego typu jednostkach napięcie wyjściowe jest regulowane poprzez mechaniczne przesuwanie szczotek odbieraka prądu, który jest częścią wbudowanego serwonapędu. To tłumaczy niską szybkość regulacji parametru wyjściowego, która nie przekracza 15 woltów na sekundę. Inne wady tych urządzeń to:
- nadmierny hałas;
- silne iskrzenie podczas pracy;
- niska bezwładność (urządzenie nie ma czasu na reakcję na nagłe zmiany napięcia wejściowego).
Pozytywną cechą urządzeń elektromechanicznych jest wysoka dokładność ustawiania wskaźników wyjściowych (napięcia i mocy).
Stabilizatory ferrorezonansowe
Ten typ urządzeń stabilizujących przypomina konwencjonalne modele transformatorów, w których obwód magnetyczny ma wyraźną asymetrię. Tym różni się od typowych konstrukcji o nieliniowej charakterystyce magnetycznej. Istotną wadą tych jednostek jest ich niska sprawność energetyczna.Ponadto, gdy konieczne jest sterowanie dużymi obciążeniami prądowymi, uzyskuje się dławik sieciowy o znacznych wymiarach.
Aby zmniejszyć rozmiar i wagę urządzenia, wprowadza się do niego kondensator, dzięki któremu obwód magnetyczny uzyskuje właściwości rezonansowe. Stąd nazwa tej jednostki - regulator ferrorezonansowy. Dziś ten typ stabilizatora (podobnie jak jego elektromechaniczny odpowiednik) jest używany tylko w szczególnych przypadkach. W życiu codziennym zostały zastąpione nowoczesnymi urządzeniami elektronicznymi zwanymi falownikami.
Falowniki
Modele falowników są zbudowane zgodnie ze złożonym obwodem elektronicznym, który obejmuje kilka etapów konwersji napięcia wejściowego. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie niemal idealnego regulatora, który pozwala na utrzymanie poziomu wyjściowego z dokładnością nieosiągalną dla innych stabilizatorów. Rozszerzono również zakres dopuszczalnych oscylacji wejściowych, a prędkość sterowania jest ograniczona jedynie prędkością kluczowych elementów wyjściowych (tranzystory wysokiej częstotliwości). Jedyną wadą jednostek elektronicznych jest ich wysoki koszt.
Urządzenia hybrydowe
Ten typ urządzenia stabilizującego pojawił się na rynku stosunkowo niedawno (w 2012 roku). Podstawą jego konstrukcji jest regulator mechaniczny, w skład którego wchodzą dwa przetworniki typu przekaźnikowego. W trybie normalnym działa tylko urządzenie elektromechaniczne, a dodatkowe jednostki zaczynają działać, gdy moduł główny nie radzi sobie już ze swoimi funkcjami.
Niezdolność do utrzymania optymalnego poziomu na wyjściu objawia się zwykle, gdy napięcia wejściowe są zbyt niskie lub zbyt wysokie, ograniczone do zakresu od 144 do 256 woltów. Jeżeli wartość ta jest mniejsza niż 144 lub wyższa niż 256 V, zaczyna działać drugi stopień stabilizacji, montowany na przekaźniku e/m. Maksymalny zakres regulacji wynosi od 105 do 280 woltów.
