Что такое стабилизатор синусоиду напряжения

Стабилизатор напряжения с чистым синусом или его альтернатива

Многие владельцы домов, применяющие для отопления газовые котлы, имеют проблемы с их неисправностями. Котел может выйти из строя в морозный зимний день, а причина неисправности не совсем понятна.

Наиболее частой причиной неисправности газовых отопительных котлов становится внезапное отключение электричества в сети, либо недостаточное качество снабжения электроэнергией. Оно может проявляться низким или высоким напряжением сети, внезапными скачками напряжения, возникающими высокочастотными помехами, а также неправильной формой синусоиды напряжения сети.

Недостаточно чистая синусоида напряжения не дает возможности электрическим устройствам обеспечить функциональность в полном объеме, что может привести к неисправностям и снижению эксплуатационного периода. Это может относиться и к функционированию газовых отопительных котлов. Такие проблемы часто возникают на даче или в загородном доме.

Чувствительными к качеству питания элементами, обеспечивающими функционирование газового котла, являются:

• Газовая горелка.
• Насос циркуляции теплоносителя.
• Автоматическое управление системой.

Например, в автоматическом управлении котлом может возникнуть неисправность вследствие резких скачков напряжения. А наиболее распространенной причиной неисправностей является неправильная форма синусоиды напряжения. Искажение этой синусоиды негативно влияет на функционирование насосов циркуляции, которые также обладают повышенной чувствительностью к низкому напряжению. Недостаточное качество напряжения не позволяет насосам функционировать на полную мощность. Это может привести к чрезмерному нагреванию и быстрому износу.

Методы обеспечения исправной работы

В результате, чтобы создать все необходимые условия непрерывной работы газового котла отопительной системы, и не заморозить батареи в зимние морозы, необходимо сразу решить несколько сложных задач:

• Создать условия непрерывной подачи электрической энергии.
• Обеспечить форму «чистого синуса» поставляемого напряжения.
• Защитить оборудование от колебаний напряжения и высокочастотных помех.

Стабилизатор с «чистым синусом»

Обычный стабилизатор напряжения предотвратит только небольшую часть негативных факторов. Однако, он хорошо справляется с помехами и перепадами напряжения в сети, выравнивает его величину до номинального значения, удовлетворяющего норме 220 вольт. Но он не даст «чистого синуса» тока и непрерывную подачу электрической энергии.

Следует отметить, что имеются образцы таких стабилизаторов, имеющих возможность создать синусоиду напряжения хорошего качества, и могут использоваться для обеспечения защиты газовых отопительных котлов. Стоимость стабилизаторов с «чистым синусом» невысокая, и вполне приемлемая для рядового потребителя.

В качестве примера можно назвать стабилизатор Энергия АРС. Он сконструирован именно для обеспечения защиты котлов отопления. Его особенности устройства дают возможность в полной мере защитить чувствительную к качеству электрического питания автоматическую систему газовых котлов от различных негативных факторов.

Эти стабилизаторы выделяют в лидеры среди адаптированных образцов устройств для эксплуатации совместно с газовыми котлами следующие параметры:

• Пятиступенчатая блокировка от аварийных случаев.
• Реле блокировки, обладающие высокой скоростью.
• Системы подавления помех высокой частоты.
• Широкий интервал напряжений на входе стабилизатора.

Но существуют также и другие устройства, способные обеспечить качественную эксплуатацию котлов отопления. В качестве альтернативного варианта можно выделить такое устройство, как источник бесперебойного питания. Он способен в малые сроки создать передачу электрической энергии за счет внутренних или внешних аккумуляторов. Чем выше емкость аккумуляторов и их количество, тем больший период времени может работать котел отопления при отсутствии электричества.

Некоторые модели источников питания ИБП способны обеспечивать «чистый синус» для питания котлов. Например, модель источника «On-line». Но стоимость таких устройств довольно высока.

Альтернатива стабилизатору

Таким альтернативным вариантом для стабилизатора может стать инвертор, или как его называют, преобразователь напряжения. Он гарантирует выдачу чистой синусоиды напряжения, и исполняет задачу стабилизации и выравнивания напряжения, а также создает непрерывную подачу электрической энергии при ее отсутствии от батарей аккумуляторов, количество и емкость которых можно по желанию повысить.

Например, инверторы «Энергия» обладают следующими преимуществами:

• Повышенный срок службы и высокая надежность.
• Повышенное качество сборки и базы элементов.
• Высокое быстродействие при переключении между режимами.
• Блокировка от разрядки батарей аккумуляторов и чрезмерной зарядки.
• Перегрузочная защита.
• Широкий интервал выравнивания высокого и низкого напряжения.
• Повышенное время действия при отсутствии электроэнергии.
• Возможность работы в холодных помещениях на морозе.

Источник

Чистая синусоида VS её ступенчатая аппроксимация. Часть II

Содержание

Содержание

В первой части публикации было рассмотрено, что такое ступенчатая аппроксимация синусоиды или, как ее еще называют, квазисинусоида, и как себя ведут светодиодные, люминесцентныелампы и устройства с трансформаторными источниками питания. Что ж, продолжаем эксперименты на эту тему.

Устройства, имеющие электродвигатели

Какие устройства с двигателями потенциально могут подключаться к системам питания с квазисинусом? В первую очередь электроинструменти вспомогательное электрооборудование — дрели, перфораторы, бетоносмесители, болгарки, шлифмашинки, погружные насосы и прочее подобное. В таких устройствах применяются коллекторные или асинхронные двигатели. В некоторых электроинструментах имеется встроенный регулятор мощности. Вряд ли данное оборудование будет запитываться от источника бесперебойного питания. В большинстве случаев для его автономного питания будет использован бензогенератор или мощный инвертор 12/220 В, например, в гараже, в котором нет электросети.

Сравним работу электроинструмента от розетки и от инверторного бензогенератора с квазисинусом. Параметры снимались при работе оборудования на холостом ходу, кроме насоса. Дополнительно проверялась работа под нагрузкой с целью оценить изменение мощности на валу.

По результатам данных тестов можно отметить неудовлетворительную работу электроинструмента и оборудования, имеющего в составе регулятор мощности. Это связано с тем, что большинство регуляторов мощности для переменного напряжения построены на симисторах или тиристорах, такие регуляторы часто называют диммерами. Так вот, диммеры могут правильно работать исключительно с синусоидальным напряжением. Так получилось не специально, просто, когда их придумывали, в исходных данных технического задания было написано, что напряжение будет синусоидальным.

В работе оборудования, не имеющего регулятора мощности, каких-либо значимых отрицательных изменений не отмечалось. При работе асинхронных двигателей от квазисинуса прослушивался характерный «звонкий» шум сердечника и обмоток частотой выше 50 Гц. Перегрева также не наблюдалось. При работе коллекторных двигателей из-за их шума оценить изменение звука не представлялось возможным.

Системы отопления

Часто возникает вопрос о возможности использования недорогих компьютерных источников бесперебойного питания (ИБП) с квазисинусом для резервного питания электрического оборудования в системах отопления — циркуляционных насосов, энергозависимых газовых котлов. В газовом котле с закрытой камерой сгорания кроме циркуляционного насоса установлен вентилятор принудительной тяги или, как его еще называют, вентилятор отвода продуктов горения. Проведем несколько тестов в этом направлении.

Как выяснилось, квазисинус не оказывает заметного негативного влияния на работу циркуляционного насоса. По крайней мере, непродолжительная работа от ИБП на время отключения основного электропитания уж точно ему не навредит. Единственный минус — это неприятные звуки, которые издает насос при питании квазисинусом.

Хуже дело обстоит с вентилятором принудительной тяги. При питании квазисинусом от ИБП вентилятор заметно снижал обороты и потребляемую мощность. А ведь в большинстве настенных газовых котлов установлены именно такие вентиляторы — асинхронные с одной обмоткой. Очевидно, что снижение производительности данного вентилятора негативно повлияет на процесс отвода продуктов горения, а значит на работу котла в целом.

Кроме того, в некоторых котлах применяется автоматическая регулировка оборотов данного вентилятора с целью оптимизации производительности котла. Так вот, регулировка эта также выполнена по принципу диммирования. А диммеры «плохо относятся» к квазисинусу, значит, поведение такого вентилятора может быть непредсказуемым.

Таким образом, если котел с закрытой камерой и имеет вентилятор принудительной тяги, то питание его квазисинусом настоятельно не рекомендуется.

В остальных случаях все не так страшно, но, не зная конструкции того или иного котла лучше не рисковать и не использовать ИБП с квазисинусом для его питания. Газовый котел — это серьезное оборудование, которое изначально рассчитано на питание синусоидальным напряжением.

Устройства с импульсными источниками питания

Как уже было сказано, недорогие ИБПв большинстве случаев выдают ступенчатую аппроксимацию синусоиды. И для временного резервного питания компьютеров это считается нормой. Посмотрим, как изменяются входные параметры импульсного блока питания компьютера при переходе на питание «аппроксимацией синусоиды». Блоки питания без корректора коэффициента мощности. Тестирование проводилось в режиме бездействия системы и при запуске стресс-теста, чтобы увеличить потребляемую мощность. Мониторы также не были забыты. Результаты ниже.

Что интересно, у некоторых устройств при питании квазисинусом электрические параметры даже улучшались. Например, в системном блоке № 1 потребляемая мощность не изменялась, но значительно увеличился коэффициент мощности, из-за чего уменьшился средний потребляемый ток. У системного блока с БП от Zalman данный эффект тоже имеется, но не так выражен.

Однозначно можно сделать вывод о совместимости блоков питания системников с квазисинусом.

Однако есть одно жирное «НО». В последнее время все большее количество моделей БП оснащаются корректором коэффициента мощности (PFC). Данные устройства призваны поддерживать коэффициент мощности как можно ближе к единице при питании от сети с синусоидальным напряжением, дабы не перегружать сеть большими пиковыми токами. Поэтому по определению БП с PFC корректно работают только с синусоидальным напряжением, но это не значит, что, если ИБП выдает аппроксимацию синуса, то любой БП с PFC работать с ним не сможет. На самом деле схемотехнические решения PFC могут быть разные и некоторые модели могут быть не восприимчивы к квазисинусу — это дело случая. Необходимо отметить, что квазисинус далеко не основная вероятная причина несовместимости ИБП и PFC. Но это уже совсем другая история.

А что с мониторами? У одного из тестируемых при питании квазисинусом энергетические параметры ухудшились, но незначительно. Блок питания ноутбука каких-либо проблем не показал. Так что данные устройства можно запитывать квазисинусом.

Подводя итоги всей публикации, можно сказать, что использование напряжения квазисинусоидальной формы для питания различного электрооборудования — это лотерея, даже для блоков питания компьютеров. Ведь любое оборудование на напряжение 220–230 В переменного тока разрабатывалось с условием, что форма этого напряжения будет синусоидальной. Всякие «аппроксимации» — это всего лишь допущения, которые возможны с той или иной степенью вероятности. Поэтому, если строится универсальная система резервного электропитания, форма и параметры ее напряжения должны быть идентичны параметрам промышленной электросети. В общем, квазисинус — это плохо.

Источник

«Чистая» синусоида: как лукавят производители ИБП

Давайте разберемся, чем принципиально отличаются ИБП по своей внутренней электрической схеме, и какое качество синусоиды у них на выходе.

Думаю, принцип действия мои читатели знают, поэтому не буду много об этом распространяться.

1. Off-Line

Эти ИБП называют иногда Back или Standby. Принцип – когда уровень напряжения в допустимых пределах, напряжение идет со входа на выход как есть. Но когда сетевое напряжение выходит за определенные пределы, нагрузка подключается к выходу встроенного инвертора (генератора), преобразующего напряжение постоянного тока от аккумуляторной батареи (АКБ) в напряжение переменного тока стандартной частоты и напряжения.

С напряжением на выходе Off-Line ИБП не очень гладко. В том смысле, что на его выходе в автономном режиме нет привычной нам чистой и гладкой синусоиды. На выходе – так называемая аппроксимированная (ступенчатая) синусоида, а в самых дешевых моделях — импульсы со ступенькой около нуля.

По факту это напряжение с частотой 50 Гц и гармониками. Коэффициент гармоник может достигать 20%.

2. Line-Interactive

Такой тип ИБП ещё называют Smart-UPS, он в некоторых пределах стабилизирует выходное напряжения в дежурном режиме, напоминая работу релейного стабилизатора напряжения. Если же входное напряжение выходит за пределы, «умный стабилизатор» переключается на работу от АКБ (в автономный режим).

В остальном принцип действия Line-Interactive ИБП ничем не отличается от Off-Line ИБП, поэтому рассматривать его не будем.

3. On-Line

Это – лучшая из существующих схем ИБП. В On-Line ИБП происходит двойное преобразование энергии – из переменного напряжения в постоянное, а потом из постоянного в переменное. Получаем следующие плюсы:

· Постоянно работающий инвертор обеспечивает стабильное напряжение 230 В ±1% (как идеальный стабилизатор),

· «Чистый» синус на выходе с ничтожно малым коэффициентом гармоник,

Теперь давайте пройдёмся по понятию «чистый синус».

Что такое чистый синус?

Какой бы ни был инвертор внутри ИБП, он не может физически генерировать то, что в рекламных текстах называют «Чистый идеальный синус». У чистого синуса присутствует только одна гармоника, в данном случае — 50 Гц. При этом коэффициент нелинейных искажений формы напряжения будет равен 0%. Это доля других гармоник, кроме основной.

Такого не бывает даже у высокоточных лабораторных измерительных генераторов.

Скриншот из статьи «Источник бесперебойного питания» в Википедии:

Сейчас в любых типах ИБП используется примитивная аппроксимация, когда выходная волна формируется высокочастотными импульсами с последующим сглаживанием на LC-фильтре или без оного.

Амплитуда и скважность каждого импульса задают необходимую для данного момента времени амплитуду выходного сигнала инвертора. В хороших Online ИБП коэффициент нелинейных искажений КНИ менее 3%, а это достаточно низкое значение.

Для примера, профессиональный ИБП от Schneider (MGE Galaxy 300, 15 кВ·А, 400 В)

К слову, по ГОСТ 32144-2013 (табл.5) в обычной городской сети коэффициент искажений формы напряжения может быть до 12%:

Происходит так, как и в преобразователях частоты, где напряжение формируется высокочастотными импульсами — это же и есть качественная аппроксимация, если импульсы (ступеньки) достаточно малы.

В Online UPS в этом смысле формирование синуса более качественное, и в лучших моделях КНИ около 1%.

Действительно, можно сказать, что форма волны нашего инвертора это качественная аппроксимация синусоиды. Только у нас не ступенчатая аппроксимация и импульсы это не ступеньки. В форме выходного напряжения инвертора нет ступенек, переход между уровнями амплитуды происходит плавно, а не скачками. Принципы формирования ступенчатой аппроксимации иные.

В Offline ИБП принцип формирования выходного напряжения такой же, но другие схемотехнические решения, поэтому КНИ больше. В дорогих моделях он может быть и менее 5%, в дешевых — до 20%.

То есть, во всех типах ИБП на выходе стоит инвертор, выдающий аппроксимированную синусоиду, только в разных моделях аппроксимация разная по качеству, это качество выражается в проценте гармоник.

Выбор ИПБ по чистоте синуса

При выборе обращайте внимание на коэффициент нелинейных искажений (долю высших гармоник в выходном напряжении)! Например, в некоторых ИБП этот параметр не превышает 3%. А это говорит о том, что внутренний инвертор обеспечивает практически идеальную аппроксимацию синусоиды.

Если смотреть на тип ИБП, у Offline UPS может быть такая ситуация, что в дежурном режиме напряжение идёт из сети в нагрузку с искажениями 10%, а при переключении на инвертор синус будет более качественным, с КНИ 5%.

Поэтому, выбирая тип ИБП для котла, смотрите не на заверения продавцов, а на то, насколько чистый синус выдаёт внутренний инвертор. Часто бывает, что Offline, цена которого в 3-5 раз меньше чем у Online UPS, прекрасно подходит для работы котла.

Конечно, есть тонкости — сквозной ноль, внешние аккумуляторы, способность к перегрузкам, и т.д. но сейчас не об этом.

Иными словами, коэффициент гармоник — это первое, на что надо смотреть после мощности при выборе ИБП. Как правило, при плохой аппроксимации параметр КНИ запрятан где-то глубоко в инструкции.

Вот что пишет у себя на сайте один из продавцов:

Источник