Стабилизатором называется устройство для преобразования электрической энергии с целью получить «на выходе» напряжение, не превышающее некоторые установленные (требуемые) пределы, в то время как «на входе» устройства колебания напряжения могут быть значительными.
Ни для кого не секрет, что колебания напряжения очень вредны для электрической и электронной аппаратуры, приводят к её преждевременному выходу из строя, а также ухудшают характеристики функционирования. К сожалению, качество электрических сетей в наших условиях далеко не идеальное, поэтому от катастрофических для аппаратуры скачков напряжения не застрахован никто. А, следовательно, применение стабилизатора напряжения для промышленного оборудования, выход из строя которого влечёт за собой остановку производства и серьёзный экономический ущерб, является обязательным!
Выбор требуемого стабилизатора
Стабилизатор напряжения подключается между источником тока и потребителем, т. е. в нашем случае — между электросетью и фрезерным станком. Главной характеристикой стабилизатора является его мощность. Для её корректного определения необходимо оценить соответствующую мощность подключаемого потребителя (или группы электроприборов). Иными словами, необходимо подсчитать — сколько станков будут питаться от стабилизатора напряжения. Их суммарная мощность, плюс некоторый запас (порядка 10-20%) и будут равны потребной мощности выбираемого стабилизатора.
Ещё одной характеристикой является тип стабилизатора — однофазный или трёхфазный. «Младшие» модели станков с ЧПУ как правило подключаются к однофазной бытовой электросети переменного тока (220 В, 50 Гц), следовательно стабилизатор напряжения также должен быть однофазным. Более мощные промышленные модели фрезерных станков рассчитаны на трёхфазное питание — для них следует применять такой же тип стабилизатора.
Выходное напряжение стабилизатора должно соответствовать диапазону значений, безопасному для подключаемой аппаратуры. Необходимая точность стабилизатора оценивается по значению рада измерений напряжения в сети (к примеру, за сутки) — эти данные позволят оценить разброс и т. о. определить минимум диапазона работы стабилизатора. Для современных станков с ЧПУ, оснащённых сложной (а потому — «капризной») электроникой, точность стабилизатора требуется не ниже 5-8%.
Электромеханический, релейный или электромагнитный?
Самым простым по конструкции (и соответственно недорогим по цене) является релейный стабилизатор. Устройство его таково, что изменение напряжения на выходе идёт параллельно изменению напряжения на входе. Так при пульсациях напряжения в сети, даже в пределах ГОСТа (например ±10%, что составляет от 198 до 240 В), релейный стабилизатор будет «выдавать» аналогичное ступенчатое напряжение (из-за фактического принципа работы — переключения контактов реле), хотя и с меньшим уровнем «скачков». Таким образом, постоянное напряжение (220 В) на выходе релейного стабилизатора получить просто невозможно! Увеличение же точности ведёт к уменьшению скорости стабилизации (из-за инерции обмотки нескольких трансформаторов и соответственно множества ступеней реле). В то же время, достоинствами данного типа являются низкая стоимость и компактные размеры, а также широкий диапазон входного напряжения и сравнительно большая величина допустимой перегрузки. Плюс долговечность, работа при различной температуре окружающей среды (в том числе — отрицательной) и низкий уровень шума.
Ступенчатый электронный стабилизатор схож по конструкции с релейным, только вместо механических контактов реле используются тиристоры. При этом отсутствие механических движущихся узлов определят большую долговечность стабилизатора. Но в целом, достоинства и недостатки электронного и релейного стабилизатора схожи. Кроме того, величина допустимой перегрузки у электронного стабилизатора меньше. Он более чувствителен к помехам, а применение электронных компонентов в конструкции делает его более дорогим.
Электромеханический стабилизатор содержит трансформатор и вращающийся щёточный узел с сервоприводом, осуществляющим автоматическое изменение напряжения. Количество щёточных узлов в конструкции определяет мощность стабилизатора и скорость «отработки» всплесков напряжения. Основное достоинство конструкции этот типа — плавность и точность регулирования в широком диапазоне входного напряжения, а также высокая способность «держать» перегрузку. При этом электромеханические стабилизаторы имеют сравнительно низкую стоимость, а их и малая чувствительность к искажениям и помехам входного напряжения даёт возможность применять их в условиях промышленного предприятия. При отсутствии нагрузки такие стабилизаторы работают совершенно бесшумно. Вместе с тем, наличие подвижных механических узлов делает конструкцию недолговечной (особенно уязвим, и требует периодической замены, щёточный узел). Также затруднена работа при минусовых температурах воздуха. Скорость стабилизации сравнительно низкая. Следует отметить, что большинство недостатков вышеописанной конструкции устранены в электродинамическом стабилизаторе (где вместо щёточного узла применяется практически не изнашивающийся роликовый контакт).
Конструкция электромагнитного стабилизатора включает в себя трансформатор, в котором регулировка напряжения происходит за счёт изменения магнитного потока через сердечник (с помощью регулятора на полупроводниках). В результате обеспечивается высокая скорость срабатывания. Стабилизаторы хорошо работают при различной температуре окружающей среды. Однако минусами данной конструкции является узкий диапазон регулирования «на входе» и высокая чувствительность к перегрузкам (снижающая долговечность стабилизатора). К минусам следует отнести большой вес стабилизатора и сильный шум при работе.