Выбор необходимой мощности

Главной характеристикой, на которую, прежде всего, следует ориентироваться при выборе той или иной модели стабилизатора напряжения является мощность подключаемой к нему нагрузки. Поэтому первым делом определяем суммарную мощность всех потребителей в Ваттах (Вт), которые требуют одновременного снабжения электроэнергией. Типичные значения мощностей наиболее часто используемых бытовых и производственных электроприборов, а также электроинструмента приведены ниже в таблице.

Таблица 1. Типовые значения мощности для стандартных бытовых и промышленных электроприборов

Тип потребителя Мощность, Вт
Бытовые электроприборы
Утюг 500-2000
Фен для волос 450-2000
Тостер 600-1500
Электроплита 1100-6000
Обогреватель 1000-2400
Кофеварка 800-1500
Пылесос 400-2000
Гриль 1200-2000
Телевизор 100-400
Радио 50-250
Духовка 1000-2000
Холодильник 150-400
Компьютер 200-500
СВЧ-печь 1500-2000
Электролампы 20-250
Электрочайник 1000-2000
Проточный водонагреватель 5000-6000
Бойлер 1200-2000
Электроинструмент
Перфоратор 600-1400
Дрель 400-800
Дисковая пила 750-1600
Электроточило 300-1100
Электролобзик 250-700
Электрорубанок 400-1000
Шлифовальная машина 650-2200
Электроприборы
Водяной насос 500-900
Компрессор 750-2800
Кондиционер 1000-3000
Циркулярная пила 1800-2100
Вентиляторы 750-1700
Электромоторы 550-3000
Насос высокого давления 2000-2900
Сенокосилка 1800-2100
Стиральная машина 1800-3000

Выбирая стабилизатор нельзя забывать, что зачастую производители указывают полную мощность данных приборов, измеряемую в Вольт-амперах (ВА) и связанную с активной мощностью, измеряемую в Вт посредством коэффициента мощности – так называемого Cos(Fi), поэтому перед покупкой необходимо произвести пересчет указанных параметров. Полная мощность состоит из двух показателей –  активной и реактивной составляющей, соотношение между которым напрямую зависит от характера нагрузки. Активную нагрузку представляют собой  такие потребители, как обогреватели, лампы накаливания, утюги, электроплиты и другие приборы, которые практически всю вырабатываемую электроэнергию преобразуют в тепло. Для данных устройств коэффициент пересчета равен 1, поэтому если на таких потребителях указана мощность 1 кВт, то показатель полной мощности для них составит 1 кВА.

Реактивная составляющая нагрузки достаточно велика у электродвигателей и содержащих их приборов, а также у большей части бытовой электронной техники. Данные изделия характеризуются Cos(Fi) на уровне 0,6 – 0,8. Соответственно, если в паспорте или на корпусе электродрели указана мощность 600 Вт и коэффициент мощности 0,8, то полная полную мощность требуемого стабилизирующего устройства определим как отношение значения заданной активной мощности к величине коэффициента мощности: 600/0,8=1250 ВА. При отсутствии в паспортных данных параметра  Cos(Fi) для грубого подсчета его принимают равным 0,7.

Кроме того, очень важно помнить, о том, что определенные электрические приборы характеризуются высокими пусковыми токами и энергопотреблением в момент пуска, которые по величине могут в 3-5 раз превосходить аналогичные  номинального (штатного) режима работы. К таким агрегатам данного типа относят асинхронные электродвигатели, компрессоры, насосы, холодильники, кондиционеры и т.д. Поэтому если в состав нагрузки входят вышеперечисленные устройства, то паспортную мощность будущего стабилизатора необходимо увеличивать как минимум в 3 раза, дабы избежать его перегрузки в момент включения подключенных электропотребителей.

Также производители стабилизационных устройств настоятельно советуют (и эту рекомендацию следует принять за правило, если вы хоте обеспечить щадящий режим работы для приобретаемого устройства) делать 20-30% -ный запас по мощность сверх рассчитанной величины. Тем самым вы увеличиваете срок службы стабилизатора и оставляете небольшой резерв для вынужденного подключения дополнительной нагрузки, либо нового оборудования.

Для полной гарантии оптимальной работы выбираемого стабилизатора следует учитывать влияние колебаний напряжения сети на его мощность. Так, например, при падении напряжения питания до 130 В вместо необходимых 220 В, стабилизатор напряжения способен выдать значительно меньшую мощность, поэтому данный параметр следует откорректировать на величину показателя 1,69. Значение таких коэффициентов указаны в таблице 2.

Таблица 2. Коэффициенты пересчета мощности стабилизатора, учитывающие изменение напряжения в питающей сети

Напряжение 130 150 170 210 220 230 250 270
Коэффициент 1,69 1,47 1,29 1,05 1 1,05 1,29 1,47

Итак, основным условием выбора стабилизатора напряжения является обязательное выполнение условия: Мощность стабилизатора > Суммарная мощность всех потребителей (которые могут работать одновременно) + 20-30%.

Выбор типа стабилизатора

Тип стабилизатора определяется в зависимости от интенсивности перепадов в сети и наличии высокоточной техники у потребителя. Выделяют стабилизаторы напряжения 3 основных типов: релейные симисторные и сервоприводные.

Релейные.

Способ регулирования напряжения – ступенчатый. Для переключения обмоток автотрансформатора используются силовые электромеханические реле.

Преимущества: высокая надежность (за счет простоты конструкции), низкая стоимость, широкий диапазон значений входных напряжений, не вносят искажений в форму выходного напряжения, хорошее время реагирования (около 30мс), не требуют технического обслуживания.

Недостатки: износ контактов реле, скорость которого напрямую зависит от интенсивности перепадов напряжения в сети, ограниченный модельный ряд устройств, связанный с габаритными размерами самого реле и величиной коммутирующего тока, а также возможность появления такого явления как «залипание», искрение и обгорание контактов.

Симисторные (Тиристорные).

Принцип напряжения – ступенчатый. Принцип работы аналогичен релейным моделям, только вместо реле для коммутации обмоток трансформатора используют симисторные ключи.

Преимущества: высокая скорость реакции на входные колебания (до 20 мс), бесшумная работа, компактные габариты, широкий модельный ряд, высокая перегрузочная способность, не требуют облуживания, меньший износ внутренних деталей.

Недостатки: высокая цена, необходимость использования схемы принудительного охлаждения силовых ключей, использование вентилятора, создающего дополнительный шум и засасывающего внутрь прибора пыль, плохая защищенность (с электрической точки зрения) выходных каскадов.

Сервоприводные (электромеханические). 

Принцип работы – непрерывный. Корректируют напряжение при помощи автотрансформатора (ЛАТРа) и серводвигателя (выполняющего позиционирование щеток ЛАТРа) с системой его управления.

Преимущества: высокая точность (до 3%) и плавность регулирования, относительно невысокая стоимость.

Недостатки: низкое быстродействие, износ щеток, приводящий к искрению и плохому контакту, а также шумная работа.

Электромеханические модели не подойдут для использования в сетях с сильными и резкими перепадами, их основная область применения – это защита высокоточной техники. Релейные и симисторные приборы лучше использовать там где часто возникают значительные скачки напряжения, а точность стабилизации не является основным фактором.

Выбор требуемого количества фаз

Здесь может быть всего два варианта – к вашему дому, офису, либо любому другому объекту поводится однофазная сеть (220В), либо трехфазная (380 В). В первом случае выбор очевиден – необходима однофазная модель. Если же сеть в помещении трехфазная и имеется хотя бы один трехфазный электропотребитель, то необходима установка трехфазного прибора. При условии наличия только однофазной нагрузки можно и даже более рационально обойтись приобретением трех однофазных стабилизаторов. В таком случае вы не только сэкономите средства при покупке, но и избегаете еще одной неприятной особенности, присущей трехфазным моделям – это отключение всего прибора в случае исчезновения питания по различным причинам в одной из фаз.

Выбор требуемой точности

При выборе необходимой точности стабилизации необходимо изучить требования, предъявляемые производителем вашей аппаратуры к параметрам электропитания. Данную информацию можно почерпнуть в технической документации. Точная и высокочувствительная аппаратура, такая как сложная медицинская техника, а также профессиональные осветительные приборы (прожекторы, люстры, софиты и т.д.) не допускают больших отклонений от номинальных характеристик питания, а поэтому требуют стабилизатора с точностью стабилизации не более 5 %.

С повышением указанного параметра снижается разброс значений выходного напряжения, что особенно четко отражается на работе осветительной техники – уменьшаются видимые колебания интенсивности света, которые наблюдаются при резких изменениях входного напряжения. Для стабилизации электропитания большинства бытовой аппаратуры вполне достаточно устройства с точностью в 7 – 8 %.

Диапазон входных напряжений

Чтобы правильно определиться с этим параметром следует сделать измерения напряжения в питающей сети, как линейных, так и фазных и, желательно, несколько раз на протяжении суток в течение нескольких дней. После того, как вы определили максимальный разброс напряжения в электрической сети, в которой необходима стабилизация необходимо ориентироваться на модели, у которых диапазон входных параметров шире полученных значений. В противном случае , при выходе входного напряжения за допустимые для стабилизатора рамки, сработает защита и нагрузка будет обесточена. Если амплитуда перепадов неизвестна, то нужно брать с запасом.

Время стабилизации напряжения

Данная характеристика отражает время реакции прибора на изменения величины напряжения в сети. В том случае, если время, затрачиваемое на стабилизацию входных параметров достаточно велико (на уровне 1,5-2 секунд), то стабилизатор может попросту не успеть выполнить свою основную функцию – откорректировать напряжение до необходимого уровня, вследствие чего на подключенную нагрузку будет подано недопустимое по величине напряжение (чем очень часто грешат стабилизаторы электромеханического типа). В современных моделях стабилизаторов следует учитывать не только время переключения (стабилизации), но и время срабатывания защиты от пренапряжения по входу и выходу. В большинстве моделей защита достаточно быстродействующая, на уровне 0,02 сек.

Быстродействующие  стабилизаторы особенно востребованы там, где имеется большое количество осветительных приборов (скорость реакции не более 0,02 секунды), чувствительной электроники и часто выполняют сварочные работы. В остальных случаях может подойти и менее быстродействующий агрегат, хотя специалисты все же советуют по возможности выбирать модели с меньшим временем стабилизации.

 

ПРИМЕР 1 

Выбираем стабилизатор для городской квартиры

Нам надо выбрать стабилизатор напряжения для квартиры, где из потребителей электричества присутствуют: телевизор – 2шт, компьютер -1шт, холодильник – 1шт, микроволновая печь – 1шт, электрочайник – 1шт, эдектроутюг – 1шт,  пылесос – 1шт, стиральная машина – 1 шт, лампы энергосберегающие – 15 шт.

Смотрим таблицу 1 (или паспортные данные электроприборов) и получаем суммарную мощность 200 * 2 + 500 + 100 + 2000 + 2000 + 1500 + 1500 + 2000 + 20 * 15 = 10300 Вт

Это конечно очень много, но надо учесть какие потребители могут быть включены одновременно, что  исключит таких потребителей, как утюг, пылесос, стиральная машина и несколько ламп с общим потреблением более 6000 Вт. Учтем пусковой ток компрессора холодильника и добавим еще 300Вт к результату и получим 10300 – 6000 + 300 = 4600 Вт.  Переводим полученные ватты в вольт-амперы с коэффициентом 0,7 (это с запасом, так как чайник и утюг не имеют реактивности и для них коэффициент мощности равен 1), получаем 5100 Вт / 0,7 = 6600 ВА (округляем в большую сторону). Теперь учтем запас мощности в 20% , округляем и получим 6600 ВА + 20% = 8000 ВА

Необходимо учесть и коэффициент пересчета мощности , обусловленный просадками входного напряжения сети, но, так как мы в городе, примем, что сеть колеблется в пределах 180 – 250 В. Получим коэффициент пересчета из Таблицы 2 равный 1,1. Таким образом нам подойдет однофазный стабилизатор мощности 9 КВА (9000 ВА) в настенном исполнении. По быстродействию (для защиты электроники) подойдут симисторные или релейные стабилизаторы (в городских условиях можно вполне брать релейный с учетом того, что колебания сети нечастые и не интенсивные).

Однако это теория, на практике же потребление городских квартир ограничено входными автоматическими выключателями, которые в типовых жилых домах задают ток потребления 25А (или 5,5 КВт) на квартиру. Но тут надо учесть, что автоматы могут довольно долгое время (десятки минут выдерживать ток в 1,5 раз превышающий их номинал, то есть около 40А). А значит выбор стабилизатора с номинальным током 40А или 9 КВА вполне оправдан.

ПРИМЕР 2

Выбираем стабилизаторы для компьютера и газового котла

  1. Нам надо выбрать отдельный стабилизатор для компьютера

Смотрим паспортное (или замеряем ) потребление компьютера. Как правило современный системный блок ПК потребляет 100 – 400 Вт, монитор 40 – 100 Вт , принтер и прочая периферия (если есть) 100 – 200 Вт. Берем по максимуму и получаем  400 +100 +200 =700 Вт. Все потребители имеют выраженную реактивность (импульсные блоки питания) , значит берем коэффициент мощности 0,7 и коэффициент пересчета мощности стабилизатора (как и в предидущем примере для города) 1,1

Считаем результат с учетом 20% запаса : 700 * 1,1 / 0,7 + 20% = 1320 ВА Таким образом можем выбрать релейный (для экономии) или тиристорный/симисторный стабилизатор в переносном исполнении мощностью 1,5 КВА

2  Нам надо выбрать отдельный стабилизатор для газового отопительного котла с электронным управлением.

Современные газовые котлы имеют довольно низкое потребление электричества , которое питает в них электронику управления и циркуляционный насос. Потребляемую мощность необходимо смотреть в паспорте котла и обязательно обратить внимание на ток пуска двигателя насоса, который на короткое время (единицы секунд0 может превышать номинальный ток в 3 – 4 раза. В качестве примера можно рассмотреть двухконтурный котел Беретта для отопления площади до 50 кв.м. Его электроника потребляет 30 Вт, а насос до 80Вт (250 Вт в момент пуска). Таким образом максимальная мощность составит до 300 Вт. С учетом коэффициента мощности 0,7, коэффициента пересчета 1,1 , запаса в 20% получим: 300 * 1,1 / 0,7 + 20%  = 565 ВА

Нам с запасом подойдет переносной стабилизатор мощностью 0,7 или 1,0 КВА. При этом особое внимание надо уделить быстродействию стабилизатора (не хуже 0,02 сек) и точности стабилизации (не хуже 5%), так электроника котлов довольно чувствительна и легко выходит из строя.

ПРИМЕР 3

Выбираем стабилизатор для загородного дома

Нам нужно выбрать стабилизатор напряжения для загородного дома, имеющего трехфазное подключение и , например таких потребителей: телевизор – 4 шт, компьютер – 2 шт, холодильник большой – 1 шт, микроволновая печь – 1 шт, электродуховка – 1шт, электроплита – 1 шт, электрочайник – 1 шт, кофеварка – 1 шт, пылесос – 1 шт, электробойлер – 1 шт, водяной насос – 1 шт, газовый котел с насосом – 1 шт, электроинструмент (единовременно подключено одно устройство) – 1шт, кондиционер – 1шт, стиральная машина – 1 шт, освещение (внутреннее и наружное) енергосберегающее – 20 ламп

Считаем общее энергопотребление, с учетом того, что в нашем примере дом большой, людей много и предсказать что именно включено в данный момент сложно. Получаем из Таблицы 1:  200 * 4 + 500 *2 + 300 + 2000 + 2000 + 3000 + 2000 + 1500 + 1500 + 2000 + 1000 + 150 + 1000 + 1500 + 2000 + 20 * 20 =  22150 Вт

Конечно одновременно работать все потребители не будут, так что можно уменьшить общее единовременное потребление на 4000 – 5000 Вт, Однако надо учесть пусковые токи всех устройств с двигателями, таких как насосы, холодильник или стиральная машина, что может привести к трехкратному росту потребления тока в момент пуска электромоторов. Сложно посчитать точно мгновенное потребление тока в нашем примере, но уже видно, что нам нужен очень мощный трехфазный стабилизатор, который стоит довольно дорого. Поэтому мы применим подключение с разделением фаз и используем вместо одного трехфазного три однофазных стабилизатора.

  1. Первый будет питать жилые помещения, где расположены телевизоры, компьютеры, пылесос, кондиционер и часть освещения. И потребление составляет 200*4 + 500*2 + 1500 + 2000 + 500 = 5800 Вт. С учетом коэффициента мощности 0,7 и запаса по мощности 20 % получим 5800*1,2/0,7=10000ВА (с округлением в большую сторону)
  2. Второй будет питать кухню, где находятся плита, електродуховка, кофеварка, чайник, халодильник, микроволновая печь. Потребление 3000 + 2000 + 2000 +1500 + 300 + 2000 = 10800Вт . С учетом коэффициента мощности 0,7 и запаса по мощности 20 % получим 10800*1,2/0,7=19000ВА (с округлением в большую сторону)
  3. Третий стабилизатор питает котел, бойлер, водяной насос, стиральную машину, электроинструмент и наружное освещение. Потребление 150 + 2000+1000+2000+1000+ 500=6750Вт. С учетом коэффициента мощности 0,7 и запаса по мощности 20 % получим 6750*1,2/0,7=12000ВА (с округлением в большую сторону)

Мы получили большие цифры, но на практике все не так страшно. Как мы уже говорили, одновременно работать все потребители не будут и надо руководствоваться при выборе стабилизаторов здравым смыслом. Например на кухне маловероятна работа одновременно на полную мощность электроплиты , электродуховки и микроволновой печи, чайника и кофеварки.

В доме с трехфазным подключением очень важно правильное распределение потребителей по фазам, в идеальном случае потребление по фазам должно быть равным или очень близким. На практике, как и в примере 1, потребляемая мощность дома ограничена входными автоматическими выключателями и редко превышает 10 КВт на одну фазу ( 40А входные автоматы). Однако в загородной и сельской местности часто, если не почти всегда, имеет место пониженное напряжение питающей сети. Это ведет к повышенному потреблению тока стабилизатором и приводит к необходимости использовать поправочный коэффициент пересчета мощности стабилизатора из таблицы 2. Так для напряжения сети (фаза-ноль, для трехфазного подключения) 150 – 160 В, что не редкость за городом , коэффициент пресчета мощности составит 1,5 – 1,3

Теперь можно сказать, что при правильном распределении потребителей по фазам и разумному подходу к одновременному их включению, мы получим максимальное потребление по каждой из фаз в пределах 7 – 10КВА. Если учесть коэффициент пресчета мощности, то можно выбрать три однофазных стабилизатора мощностью до 15КВА. С учетом общего плохого качества загородных сетей, желательно использовать тиристорные быстродействующие стабилизаторы с допустимым входным напряжением от 140В.