Стабілізатор напруги якої потужності вибрати

1. Алгоритм і основні помилки.
2. Як визначити потужність навантаження?
3. Який запас потужності необхідний стабілізатора?
4. Як підібрати модель стабілізатора?
5. Практичний приклад розрахунку потужності стабілізатора.
6. підсумок

02.08.2018

Алгоритм і основні помилки.

Як правильно визначити необхідну потужність стабілізатора напруги? - це питання вже неодноразово розглядалося в опублікованих на нашому сайті статтях. Однак ми повернемося до нього ще раз, так як потужність - один з найважливіших параметрів будь-якого стабілізатора і якщо вона визначена невірно, то прилад, незалежно від топології, точності і швидкодії, не зможе нормально функціонувати і не впорається зі своїми завданнями:

• стабілізатор з вихідною потужністю менше необхідної буде постійно відключатися або взагалі не запуститься, а можливо і вийде з ладу;
• придбання пристрою з потужністю, що набагато перевищує необхідне значення, - марна трата коштів. Прилад в процесі роботи буде недозавантажений, що знизить його ККД.

Для визначення актуальної потужності стабілізатора рекомендуємо діяти за таким алгоритмом:
1) з'ясувати потужність навантаження;
2) до значення потужності, споживаної навантаженням, додати запас;
3) по підсумковій величиною підібрати підходящу модель стабілізатора.
У цій статті ми розберемо три зазначених пункту і проаналізуємо найбільш поширені помилки, супутні кожному з них.

Як визначити потужність навантаження?

Потужність навантаження на стабілізатор дорівнює сумі потужностей всіх підключених до стабілізатора пристроїв. Перед розрахунком сумарного значення потужності необхідно з'ясувати енергоспоживання кожного із споживачів. Це нескладно: потужність електроприладів зазвичай вказується в технічній документації і дублюється на табличці, прикріпленою до виробу.

Незважаючи на видиму простоту дії, на даному етапі можна зробити кілька серйозних помилок, які спричинять за собою вибір стабілізатора, що не підходить під ваші завдання.

Особливу увагу варто звернути на обладнання, для якого вказується кілька потужностей: насоси, обігрівальне, звукова, кліматична техніка і т.д. Важливо розрізняти потужність електричну і потужність, що видається виробом при виконанні своїх прямих завдань, тобто теплову - для нагрівальних котлів, охолодження - для кондиціонерів, звукову - для аудіосистем і т.д.

При виборі стабілізатора слід спиратися виключно на величину потужності, споживаної навантаженням від електромережі! У паспорті електроприладу даний параметр може бути названий: «споживана потужність», «приєднання трубопроводів потужність», «електрична потужність» і т.п. Все перераховане є відображенням однієї величини - активної потужності (вимірюється в Ватах (Вт або W)).

Зверніть увагу! Виробники зазвичай вибудовують модельний ряд своїх стабілізаторів на основі іншої величини - повної потужності (вимірюється в Вольт-Амперах (ВА або VA)). Важливо розуміти, що Примор'ї і Вольт-ампери не одне і те ж, і відповідно 1000 Вт НЕ дорівнює 1000 ВА!

У пристроїв, конструкція яких містить ємнісні компоненти або електродвигуни, активна і повна потужності можуть суттєво відрізнятися. Тому придбання розрахованого на 1000 ВА стабілізатора при навантаженні в 1000 Вт може стати хибним рішенням - прилад виявиться перевантажений з усіма наслідками, що випливають звідси наслідками.

Щоб уникнути цієї помилки, слід перевести Примор'ї в Вольт-ампери і проаналізувати не тільки активну, а й повну потужність навантаження. Переклад з Ватт в Вольт-ампери здійснюється діленням значення в Ватах на спеціальний параметр - коефіцієнт потужності або cos (φ):

ВА = Вт / cos (φ) (1).

Сos (φ) відображає залежність активної потужності пристрою від повної. Чим ближче величина cos (φ) до одиниці, тим менше енергії розсіюється у вигляді електромагнітного випромінювання і тим більше перетворюється в корисну роботу.

Чисельне значення cos (φ) зазвичай (але не завжди) вказано в технічній документації приладу, яке споживає змінний струм (може позначатися як «cos (φ)», «Power Factor» або «PF»). Якщо виробник не надав інформацію про коефіцієнт потужності свого вироби, то для побутової техніки допустимо прийняти cos (φ) в межах 0,7 - 0,8, крім пристроїв, що перетворюють електроенергію в світло і тепло (лампи розжарювання, електрочайники, праски і т. д.), для них інтервал значень коефіцієнта потужності - 0,9 - 1.

Сучасна техніка, в першу чергу комп'ютери, часто оснащується блоком живлення з корекцією коефіцієнта потужності, яка наближає даний параметр до одиниці - 0,95-0,99. Якщо впевненості в наявності такої функції (позначається «PFC» або «ККМ») немає, то для cos (φ) рекомендується застосувати значення із зазначеного в попередньому абзаці типового діапазону.

Повну потужність навантаження слід розраховувати з використанням тільки значення коефіцієнта потужності обладнання, що відповідає цій навантаженні, а не з використанням значення вхідного коефіцієнта потужності стабілізатора!

Зверніть увагу! Пристрої, що мають в своїй конструкції електродвигун, відрізняються високими пусковими струмами. До цієї категорії відносяться: насоси, пральні і посудомийні машини, холодильники, кондиціонери, верстати та компресори. Величина споживаної з електромережі енергії, в момент включення будь-якого з названих приладів, може в кілька разів перевищити величину, характерну для номінального режиму роботи.

Виробники зазначеної техніки іноді призводять максимальне енергоспоживання безпосередньо в характеристиках кожної моделі, а іноді навпаки - дають тільки номінальне значення потужності, намагаючись не привертати увагу до неминучих стрибків струму. Рекомендуємо уважно вивчити супутню будь-якого обладнання документацію і пошукати інформацію про фактичну потужності, споживаної пристроєм під час пуску і, взагалі, в різних режимах роботи. Потужність навантаження визначається з використанням найбільшого з наведених для кожного пристрою значень!

Крім механізмів з електродвигунами, високі пускові струми характерні і освітлювальних приладів. Причому не тільки з галогенними лампами і лампами розжарювання, а й з популярним останнім часом - світлодіодними (світлодіоди не мають пускових струмів, але більшість світильників, реалізованих на їх базі, забезпечені конденсаторами, включення яких викликає різке збільшення споживаного струму).

При виборі стабілізатора для захисту великої світлотехнічної системи слід врахувати, що значення потужності, що виникає при запуску такої системи, може багаторазово перевищувати номінальне.

Який запас потужності необхідний стабілізатора?

Правильно обраний стабілізатор повинен мати вихідну потужність більше потужність, необхідну для електроживлення навантаження. Різниця між потужністю стабілізатора і фактичним енергоспоживанням навантаження називається запасом потужності. Рекомендований запас - 30% від величини енергоспоживання навантаження, таке значення дозволить:

• підключити до пристрою в процесі експлуатації додаткові прилади, потужність яких не враховувалася при первісному розрахунку навантаження;
• уникнути перевантаження в разі сильного падіння напруги в електромережі. Справа в тому, що потужність стабілізатора при виході напруги живлення з певних меж (робочого діапазону) зменшується. Зокрема, при 135 В в мережі, стабілізатор замість заявлених 500 ВА видасть тільки 400 ВА і, відповідно, не зможе живити граничну до його номіналу навантаження.

Для деякого обладнання рекомендується закласти запас потужності понад 30%. Це, наприклад, кондиціонери або IT-техніка. У першому випадку, це рішення пояснюється зростанням споживаної кондиціонером потужності в процесі експлуатації пристрою (викликано неминучим забрудненням сітки, що фільтрує). У другому випадку - тенденцією до постійного збільшення потужностей телекомунікаційного обладнання.

Як підібрати модель стабілізатора?

Для визначення відповідної за потужністю моделі необхідно звірити мощностной ряд пропонованих виробником стабілізаторів з енергоспоживанням навантаження - найближчим в більшу сторону значення в мощностном ряду і буде необхідною потужністю стабілізатора.

Зверніть увагу! Вибір стабілізатора зі значенням потужності, найближчим до енергоспоживання навантаження в меншу сторону або знизить закладений раніше запас по потужності, або, в гіршому випадку, призведе до придбання стабілізатора з невідповідними навантаженні вихідними параметрами.

Зверніть увагу! Для трифазного стабілізатора навантаження на кожну фазу повинна становити не більше 1/3 від номінальної. Наприклад, трифазний стабілізатор з номіналом 6000 ВА живитиме трифазну навантаження в 4200 ВА (потужність споживана від однієї фази становитиме 1400 ВА), але підключення до окремої фазі цього стабілізатора навантаження в 2500 ВА викличе перевантаження, так як максимально допустиме значення по одній фазі становить: 6000 / 3 = 2000 ВА.

Практичний приклад розрахунку потужності стабілізатора.

Стабілізатор купується для одночасного захисту трьох однофазних споживачів. Не будемо акцентувати увагу на конкретному виді пристроїв, назвемо їх просто: споживач 1, споживач 2 і споживач 3.

Згідно заводським паспортами:

• номінальна потужність споживача 1 - 600 Вт, споживача 2 - 130 Вт, споживача 3 - 700 Вт;
• коефіцієнт потужності споживачів 1 і 2 - 0,7, споживача 3 - 0,95.

1. Визначення потужності навантаження.

Нехай споживач 1 відноситься до категорії обладнання, що характеризується наявністю високих пускових струмів. При розрахунку використовуємо не його номінальну потужність, а максимальну - пускову, рівну, згідно з технічною документацією, - 1800 Вт. Використовуючи формулу (1), переведемо потужність кожного споживача з Вт в ВА:

1800 / 0,7 = 2571,4 ВА - для споживача 1;
130 / 0,7 = 185,7 ВА - для споживача 2;
700 / 0,95 = 736,8 ВА - для споживача 3.

Тепер визначимо сумарну споживану потужність планованого навантаження в Вт і ВА:

1800 +130+ 700 = 2630 Вт;
2571,4 + 185,7 + 736,8 = 3493,9 ВА.

Подальший вибір стабілізатора будемо проводити, враховуючи, що повна потужність навантаження на пристрій складе 3493,9 ВА, а активна -2630 Вт (зверніть увагу на різницю значень в Вт і ВА).

2. Визначення запасу потужності.

Приймемо рекомендовану величину запасу потужності в 30% від енергоспоживання навантаження - для отримання чисельного значення необхідного запасу помножимо на 0,3 раніше розраховані сумарні потужності планованої навантаження:

2630 • 0,3 = 789 Вт - запас активної потужності;
34,939 • 0,3 = 1048,17 ВА - запас повної потужності.

Отже потужність навантаження з урахуванням запасу складе:

2630 + 789 = 3419 Вт;
3493,9 + 1048,17 = 4542,07 ВА.

3. Вибір моделі стабілізатора з необхідною потужністю.

3.1 Однофазний стабілізатор. Виберемо відповідний для електроживлення обчисленої навантаження (з урахуванням запасу) однофазний стабілізатор, використовуючи стандартний мощностной ряд однофазних інверторних стабілізаторів виробництва ГК «Штиль»:

Найближча з більшої сторони до розрахункових значень потужність - 6000 ВА і 5400 Вт, отже, саме такий стабілізатор підходить для підключення споживача 1, споживача 2 і споживача 3.

Якщо взяти модель з потужністю, найближчою до розрахункового значення в меншу сторону (3500 ВА / 2500 В), то стабілізатор виявиться перевантажений, так як вихідна активна потужність пристрою виявиться менше споживаної активної потужності навантаження: 2500 Вт <2630 Вт.

3.2 Трифазний стабілізатор. Припустимо, що споживача 1, споживача 2 і споживача 3 необхідно підключити не до однофаз, а до трифазного стабілізатора. Стандартний мощностной ряд ГК «Штиль» для подібних пристроїв наступний:

Навантаження зі значенням повної потужності в 4542,07 ВА і активної - в 3419 Вт, можливо підключити до однієї фазі трифазного стабілізатора з вихідною потужністю 15000 ВА / 13500 Вт, в якому окрема фаза видасть максимально - 5000 ВА / 4500 Вт.

Вибрати менш потужну модель стабілізатора дозволить розподіл навантаження, тобто підключення кожного споживача до окремої фазі. Найбільше навантаження буде на фазі, що живить споживач 1, енергоспоживання якого - 1800 Вт / 2571,4 ВА.

Розрахуємо необхідний споживачеві 1 запас потужності (приймемо рекомендоване значення запасу в 30%):

1800 • 0,3 = 540 Вт - запас активної потужності;
2571,4 • 0,3 = 771,4 ВА - запас повної потужності;
1800 + 540 = 2340 Вт - активна потужність споживача 1 з урахуванням запасу;
2571,4 + 771,4 = 3342,8 ВА - повна потужність споживача 1 з урахуванням запасу.

Значить, максимально можливе навантаження на одну фазу стабілізатора, за умови підключення трьох споживачів до різних фаз, може скласти: 3342,8 ВА / 2340 Вт.

Виберемо модель стабілізатора з вихідною потужністю 10000 ВА / 8000 Вт, в якій допустиме навантаження на одну фазу приблизно дорівнює 3333 ВА / 2666 Вт (в даному випадку допустимо вибрати стабілізатор з повною потужністю трохи меншою, ніж розрахункова - фактично це знизить запас по потужності для споживача 1 на 1-2%).

Зверніть увагу! Існують стабілізатори топології «3 в 1», тобто з трифазним входом і однофазним виходом. Подібна схема дозволяє рівномірно навантажити трифазну мережу при підключенні однофазного навантаження.

підсумок

Щоб уникнути помилок при визначенні потужності стабілізатора і витрати грошей на прилад, який в підсумку виявиться марним, необхідно:

• використовувати при розрахунку потужності навантаження значення потужності, споживаної електроприладом з мережі, а не значення потужності, що характеризує корисну роботу цього електроприладу;
• використовувати при розрахунку повної потужності навантаження коефіцієнт потужності, що відповідає цій навантаженні, а не вхідний коефіцієнт потужності стабілізатора;
• розраховувати потужність навантаження з обов'язковим урахуванням пускових струмів для всіх пристроїв, що характеризуються їх високим значенням;
• при необхідності переводити Вт в ВА і аналізувати потужність навантаження в одиницях вимірювання відповідних одиницям, на основі яких збудований мощностной ряд стабілізаторів;
• вибирати потужність стабілізатора з урахуванням необхідного запасу;
• вибирати стабілізатор з номінальною потужністю вище, ніж розрахункова потужність навантаження (допустимо лише невелике округлення навантажувальної потужності в меншу сторону, за умови наявності попередньо закладеного запасу потужності);
• вибирати трифазний стабілізатор для однофазного навантаження, аналізуючи не тільки номінальну вихідну потужність пристрою, але і потужність окремої фази.

Уважність при розрахунках і дотримання всіх вищенаведених правил допоможе підібрати модель стабілізатора, що відповідає вимогам вашої навантаження.

У разі виникнення при визначенні потужності стабілізатора будь-яких складнощів і питань рекомендуємо проконсультуватися з фахівцями!

Читайте також:

Стабілізатори напруги «Штиль» інверторного типу.