Зачем нужен стабилизатор напряжения для генератора?
Использование стабилизатора напряжения совместно с бензиновым или дизельным генератором необходимо для решения следующих проблем:
- Некачественный выходной сигнал генератора. Когда от генераторной установки на нагрузку поступает некорректный (по значению напряжения или его форме) сигнал, то он может нанести значительный ущерб её работе, особенно электрочувствительным потребителям, например, газовому котлу и отопительной системе. Не редко встречаются ситуации, когда даже дорогие модели генераторных установок внезапно подают на домашнюю электротехнику сигнал со значением выше 300 В, что приводит к выходу из строя целой группы ответственного оборудования.
- Частые срабатывания генератора при наличии напряжения в сети. У каждого АВР (устройства автоматического ввода резервного питания от генератора) существует пороговая величина пониженного и повышенного сетевого напряжения, которая в среднем составляет 175 В и 250 В, соответственно. Если сетевое напряжение будет опускаться ниже или пониматься выше данных значений, то генератор будет запускаться. При частых скачках напряжения в сети это может происходить постоянно, что чревато повышенным расходом топлива и быстрым износом самого агрегата. Кроме того, это может быть неоправданно, если к генератору подключена нагрузка, которая вполне работает и при низком напряжении сети, например, компьютерное оборудование, телевизор и другие приборы с импульсными блоками питания.
- Срабатывания генератора при кратковременном обрыве сети. Бывает ситуация, когда напряжение в сети пропадает на доли секунды, но АВР генератора (если у устройства нельзя увеличить время задержки переключения режимов) все же его запускает. Если такие обрывы происходят часто, то постоянные запуски генератора будут планомерно ускорять его износ. В этом случае подойдет инверторный стабилизатор напряжения, который обеспечит бесперебойную работу нагрузки при кратковременных обрывах сети в течение 200 мс. В этом случае стабилизатор также устанавливается перед генератором.
В первом случае стабилизатор необходим для того, чтобы выполнить коррекцию значения и формы (в зависимости от возможностей прибора) поступающего от генератора напряжения. Во втором случае задачей стабилизатора также будет корректировка качества напряжения, но уже не от генератора, а сетевого. В третьем случае стабилизатор используется как накопитель энергии для обеспечения бесперебойной работы нагрузки при кратковременных обрывах сети.
Отметим, то последнюю задачу способны решить только инверторные стабилизаторы. За счет схемы двойного преобразования, они могут накапливать энергию и обеспечивать бесперебойность питания (до 200 мс).
Связка генератора и стабилизатора. Возможные конфигурации
Их две: в первой стабилизатор устанавливается после генератора (см рисунок 1), во второй размещается в электрической цепи до него (см рисунок 2).
Рисунок 1 – Конфигурация 1 (размещение стабилизатора после генератора)
Рисунок 2 – Конфигурация 2 (размещение стабилизатора перед генератором)
Конфигурация 1 позволяет повысить качество вырабатываемого генератором напряжения и применяется, если его исходные характеристики не удовлетворяют требованиям нагрузки.
Для многих генераторов свойственны отклонения выходного напряжения как по величине, так и по форме, которая часто не синусоидальна. Если с первой проблемой справится практически любой современный стабилизатор, то решить вторую смогут только инверторные модели. Благодаря ряду технических особенностей они способны «очищать» проходящее через них напряжение от искажений и доводить его форму до идеальной синусоиды.
Конфигурации 2, во-первых, защищает нагрузку от сетевых перепадов, а во-вторых, помогает избежать лишних автозапусков генератора. Дело в том, что присутствующая у многих современных генераторов функция автоматического старта (блок АВР) активируется не только в момент полного обрыва электропитания, но и в момент резкого колебания его параметров.
Подключение блока АВР к выходу стабилизатора сократит число автозапусков генератора, а значит уменьшит расход топлива и сэкономит рабочий ресурс данного устройства.
Некоторые «умельцы» разводят электропитание так, что к стабилизатору оказывается подключен только АВР генератора, а нагрузка, соответственно, питается напрямую от сети (см рисунок 3).
Рисунок 3 – Недопустимый вариант подключения стабилизатора перед генератором (к стабилизатору подключен только АВР генератора)
Показанная на рисунке 3 схема недопустима – нагрузка и блок АВР должны снабжаться напряжением с одинаковыми параметрами и от одного источника! Если стабилизируется одно, то надо стабилизировать и другое! Иначе в системе электропитания возникнет рассогласованность и обеспеченный стабилизированным напряжением генератор не запустится при «бьющих» по беззащитной нагрузке сетевых колебаниях.
На рисунках 4 и 5 приведены варианты допустимых вариантов подключения стабилизатора перед генератором.
Рисунок 4 - Размещение стабилизатора перед генератором (допустимый вариант 1)
Рисунок 5 - Размещение стабилизатора перед генератором (допустимый вариант 2)
Допустимо также и совместное использование рассмотренных выше конфигураций 1 и 2, то есть установка одного стабилизатора на вход генератора, а другого – на выход (см рисунок 6).
Рисунок 6 – Конфигурация 3 (размещение стабилизатора до и после генератора)
Требования к работающему в связке с генератором стабилизатору
Устройство должно иметь функционал и характеристики, допускающие его использование с генераторной техникой, а также соответствующую конкретной ситуации мощность (её расчёту мы посвятим отдельный раздел ниже по тексту).
Рассмотрим конфигурацию 1 (подключение после генератора). В этом случае от стабилизатора потребуется:
- принципиальная возможность работы с генератором – некоторые стабилизаторы из-за упрощённой внутренней схемы или технических изъянов неработоспособны в связке с подобным изделием;
- устойчивость к отклонениям частоты – данный параметр у генераторного напряжения часто колеблется, соответственно, на вход стабилизатора может попасть значение отличное от номинальных 50 Гц;
- способность исправлять форму напряжения, а также быстро и точно корректировать его величину – если входная «несинусоидальность» передаётся на выход или, тем более, вызывает отключение стабилизатора, то целесообразность использования такого прибора в связке с генератором под вопросом. Что касается величины напряжения, то устройство должно нейтрализовать исходящие от генератора отклонения раньше, чем они окажут какое-либо влияние на подключенную нагрузку.
В конфигурации 2 (подключение перед генератором) от стабилизатора потребуется обеспечить быстродействие, достаточное для оперативной коррекции входного напряжения и недопущения его отклонений до блока АВР. Стоит обратить внимание и на ширину диапазона стабилизации: чем больше сетевых отклонений нейтрализует прибор, тем меньше будет автозапусков генератора.
Требования к функционалу используемого в конфигурации 2 стабилизатора исходят не только от АВР, но и от нагрузки. Некоторых потребителей не устроят допустимые для блока автозапуска ступенчатые искажения и двадцати-тридцати вольтовые отклонения от номинала.
Какой тип стабилизатора лучше использовать при работе с генератором?
Существуют четыре наиболее распространённые топологии стабилизаторов напряжения:
- релейные;
- электромеханические (сервоприводные);
- полупроводниковые (тиристорные/симисторные);
- инверторные.
Ниже мы рассмотрим какой тип стабилизатора лучше использовать при работе с генератором в двух представленных выше конфигурациях подключения.
При подключении стабилизатора после генератора (конфигурация 1)
Подключение стабилизатора после генератора сопряжено с некоторыми проблемами, главная из которых – часто встречающая пилообразная форма выдаваемого генератором напряжения, частота которого может варьироваться от 48 Гц до 52 Гц. В условиях такого входного сигнала смогут работать только модели инверторного типа. Выше уже говорилось, что это единственные стабилизаторы, которым по силам устранить искажения входной синусоиды и довести её до идеальной формы. Ещё одной их важной особенностью является сохранение работоспособности при серьезных отклонениях частоты питающего напряжения (до ± 14% относительно номинала). Кроме того, данные приборы совмещают в себе максимальное быстродействие, высокую точность и широкий диапазон стабилизации.
Инверторный стабилизатор повысит качество выдаваемой генератором электроэнергии до максимально возможного уровня (номинальное значение и синусоидальная форма). Предел же лучших изделий других типов – номинальное значение с сохранением всех несинусоидальных искажений! Отметим, что многие бюджетные релейные и электронные стабилизаторы вообще не смогут функционировать при подключении к выходу генератора!
Стабилизаторы напряжения не предназначены для коррекции входной частоты. Поэтому у любой модели, в том числе инверторной, значение выходной частоты будет аналогично значению получаемой от генератора входной.
Еще одним доводом в пользу выбора инверторного прибора станет тот факт, что нагрузка в виде трансформаторного стабилизатора негативно скажется на генераторе, для которого свойственны сниженные обороты при запуске, обуславливающие падение выходного напряжения. В этот момент трансформаторный стабилизатор попытается повысить напряжение и начнет переключать обмотки автотрансформатора, тем самым осложняя работу генератора. Отсутствие же в конструктиве инверторных устройств автотрансформатора, позволяет исключить возможность их обратного влияния на генератор.
При подключении стабилизатора перед генератором (конфигурация 2)
Теоретически перед генератором можно установить любой релейный, электронный или инверторный стабилизатор (электромеханическим для успешной работы с блоком АВР может не хватить быстродействия – исключение ряд дорогостоящих зарубежных моделей). Если говорить об эффективности, то наибольшая (как для работы с АВР, так и с любой другой нагрузкой) будет у приборов инверторного типа.
Способность инверторных стабилизаторов справляться с критическими отклонениями входного напряжения исключит автозапуски генератора как при глубоких сетевых провалах (90-110 В), так и в случае экстремальных скачков (290-310 В).
Расчёт мощности стабилизатора при подключении к генератору. Теория
Выходная мощность прибора (далее – Рстаб), вне зависимости от конфигурации его подключения, должна гарантированно превышать максимальную мощность нагрузки (далее – Рнагр). Отметим, что рекомендуемый размер превышения составляет 30%.
Рстаб = Рнагр х 1,3.
Значение Рнагр можно принять равным:
- номинальной выходной мощности генератора – способ 1;
- фактической мощности нагрузки – способ 2.
Способ 1 более простой и практически исключает возникновение каких-либо ошибок. Способ 2, в свою очередь, подходит для случаев значительной недозагрузки генератора – он позволит не переплачивать за «лишние ватты» и приобрести стабилизатор с мощностью, соответствующей реальным требованиям подключенной техники.
Следует понимать, что способ 2 более сложен и потребует выяснения потребляемой мощности всех запитанных от стабилизатора устройств. Ещё один его минус – невозможность в будущем дозагрузить генератор до расчетного максимума без замены или отключения стабилизатора.
Если потребляемая мощность устройства меняется в ходе его работы, то при определении Рстаб используется максимальное из возможных значений. Кроме того, недопустимо путать потребляемую мощность с мощностью, характеризующей работу какого-либо прибора по его основному назначению.
Стабилизаторы напряжения бренда Штиль для генераторов
Российский производитель систем электропитания «Штиль» предлагает широкий модельный ряд инверторных стабилизаторов напряжения для генераторов, а именно:
- однофазные стабилизаторы напольной/стоечной установки с выходной мощностью 1-20 кВА;
- стабилизаторы с конфигурацией 3 в 1 напольной/стоечной установки с выходной мощностью 6-20 кВА, которые позволяют подключить однофазных потребителей к сети 380/400 В;
- трехфазные стабилизаторы напольной/стоечной установки с выходной мощностью 6-20 кВА.
Устройства успешно используются для совместной работы с большинством моделей дизельных и бензиновых генераторов.
