eng
Нестабильность напряжения – проблема многих сетей электропитания. Поэтому, чтобы электроприборы работали надежно и бесперебойно, необходимо стабилизировать напряжение и устранять сетевые помехи. Эти задачи эффективно решают сетевые феррорезонансные кондиционеры (CФК) напряжения компании SOLA-HD.
В основе действия CФК фирмы SOLA-HD – явление ферромагнитного резонанса. Ключевой элемент конструкции СФК – феррорезонансный трансформатор – изобретение Джозефа Солы. Первый патент на это устройство фирма SOLA-HD получила еще в 1938 году.
Магнитопроводы входной и выходной обмоток феррорезонансного трансформатора имеют различную магнитную проницаемость. Проницаемость магнитопровода выходной обмотки подбирается таким образом, чтобы он работал в режиме ферромагнитного резонанса. Поэтому выходное напряжение почти не изменяется при значительных изменениях входного напряжения (рис.1).
СФК содержит также дополнительные обмотки – компенсирующую и нейтрализующую (рис.2). Компенсирующая обмотка наматывается встречно первичной обмотке на тот же участок сердечника. Ее задача – устранять синфазные помехи. Нейтрализующая обмотка наматывается на тот участок сердечника, где расположена вторичная обмотка. LC-контур, образованный нейтрализующей обмоткой и конденсатором, предназначен для фильтрации высокочастотных гармоник, которые возникают в результате феррорезонанса. С помощью нейтрализующей обмотки СФК обеспечивают синусоидальную форму выходного напряжения, что особенно важно для электропитания компьютерных систем.
Рассмотрим основные особенности СФК компании SOLA-HD.
Диапазон стабилизации выходного напряжения. СФК позволяют работать при колебаниях входного напряжения в пределах ±15%, при этом выходное напряжение изменяется в пределах ±1%. В устройствах СФК, работающих с нагрузкой меньше номинальной, диапазон изменения входного напряжения СФК расширяется (рис.3). Если мощность нагрузки мала, то даже при низком входном напряжении СФК способен обеспечить требуемое номинальное выходное напряжение. Так, если уменьшить нагрузку СФК более чем на 70%, то выходное напряжение будет отвечать требованиям NEMA даже тогда, когда входное напряжение упадет до 65% от номинального.
Коэффициент полезного действия СФК. В СФК используются высококачественные материалы для магнитопровода и обмоток, поэтому при номинальной нагрузке достигается КПД 90% и выше.
Быстродействие СФК. Важным преимуществом СФК является их высокое быстродействие по сравнению с другими типами регуляторов переменного тока. Входное напряжение корректируется в течение 10–20 мс или менее, и при этом уровень выходного напряжения колеблется незначительно.
Коэффициент мощности нагрузки. СФК позволяет работать с нагрузкой любого типа. Величина выходного напряжения является функцией от тока нагрузки и коэффициента мощности нагрузки (рис.4). При увеличении индуктивной составляющей в нагрузке нестабильность выходного напряжения возрастает. Однако среднее значение выходного напряжения остается в допустимых пределах.
Перегрузка и короткое замыкание выхода СФК. Если нагрузка становится больше номинальной, в определенный момент величина выходного напряжения резко снижается и не возвращается на прежний уровень до тех пор, пока величина подключенной нагрузки не уменьшится (рис.5).
При коротком замыкании (КЗ) выходной ток находится на уровне 150–200% от номинальной величины тока при полной нагрузке, и рассеиваемая мощность СФК составляет менее чем 10% от номинальной. Поэтому при КЗ тепловыделение СФК меньше, чем на холостом ходу, а значит, не нужно устанавливать защитные устройства на выходе СФК.
Электродвигатель в качестве нагрузки СФК. Высокое быстродействие СФК и резкое падение напряжения при увеличении нагрузки нужно принимать во внимание для учета кратковременных перегрузок, возникающих при использовании электродвигателей или подобных им устройств. В общем случае трансформатор СФК должен иметь мощность, приблизительно равную максимальной пиковой потребляемой мощности подключенной нагрузки. Чтобы определить необходимую мощность СФК, нужно измерить величину пикового значения потребляемого тока электродвигателя (или аналогичной нагрузки).
Температурные характеристики СФК. Параметры СФК имеют слабую зависимость от температуры. Когда СФК прогревается до рабочей температуры, величина выходного напряжения снижается приблизительно на 1% от номинального значения. При постоянном входном напряжении и неизменной нагрузке величина выходного напряжения может изменяться в небольших пределах в зависимости от температуры окружающей среды. Эти колебания составляют приблизительно 1% от номинального напряжения на каждые 40°С. Номинальная рабочая температура СФК составляет от 40°С до 110°С. Номинальная температура окружающей среды – от -20 до 50°С.
Сдвиг фазы выходного напряжения СФК. Сдвиг фаз между входным и выходным напряжением составляет от 120° до 140° при номинальной нагрузке. Величина сдвига зависит в основном от коэффициента мощности нагрузки.
Компенсация гармонических искажений входного тока. СФК не только фильтрует помехи, поступающие на его вход, но также препятствует проникновению нелинейных изменений тока нагрузки оконечных электроприборов в основную сеть электроснабжения. Это справедливо при подключении к выходной обмотке СФК нагрузок любого типа.
Внешнее магнитное поле СФК. Для каких бы целей ни применялся СФК, влияние создаваемого им магнитного поля на находящееся вблизи от него электротехническое оборудование незначительно. Специальное решение фирмы SOLA-HD для СФК (патент США N2806199) уменьшает влияние магнитного поля практически до минимума.
Заводской разброс параметров СФК. При изготовлении СФК номинальное выходное напряжение устанавливается в пределах 0–2% от величины входного напряжения (120, 208 или 220 В) при полной активной нагрузке. Регулировка выходного напряжения производится при температуре 25°С.
Наиболее востребованными среди СФК компании SOLA-HD являются приборы серии HardWired MCR. Они защищают оборудование практически от всех сбоев электропитания, за исключением случаев, когда напряжение пропадает во внешней сети на длительное время. Диапазон мощностей СФК данной серии составляет 120 ВА–15 кВА.
Приборы серии HardWired MCR обладают целым рядом достоинств:
стабилизируют и фильтруют входное напряжение;
подавляют синфазные помехи сети (120 дБ);
подавляют дифференциальные помехи сети (60 дБ);
обеспечивают защиту электропроводки от воздействия нечетных гармоник тока, возникающих в процессе эксплуатации компьютерной нагрузки;
обеспечивают гальваническую развязку нагрузки от входной электросети;
применимы в качестве понижающих или повышающих трансформаторов;
жесткая конструкция СФК позволяет использовать его в любых промышленных помещениях;
выходное напряжение остается в пределах +5...-10% от своего номинального значения при снижении входного напряжения до 65% от номинала.
гарантированный срок эксплуатации – 25 лет.
Эти свойства позволяют использовать СФК HardWired MCR для защиты разнообразного оборудования: программируемых контроллеров; промышленных станков с числовым управлением; сложных вычислительных и управляющих систем (компьютеры, серверы и др.).
Таким образом, СФК компании SOLA-HD обеспечивают эффективную стабилизацию напряжения и устранение сетевых помех в различных условиях и благодаря этому находят применение в широком классе задач. Дополнительную информацию об СФК можно найти на сайте компании SOLA-HD (www.solahd.com).
Магнитопроводы входной и выходной обмоток феррорезонансного трансформатора имеют различную магнитную проницаемость. Проницаемость магнитопровода выходной обмотки подбирается таким образом, чтобы он работал в режиме ферромагнитного резонанса. Поэтому выходное напряжение почти не изменяется при значительных изменениях входного напряжения (рис.1).
Рис.1. Зависимость выходного напряжения СФК от напряжения на входе
СФК содержит также дополнительные обмотки – компенсирующую и нейтрализующую (рис.2). Компенсирующая обмотка наматывается встречно первичной обмотке на тот же участок сердечника. Ее задача – устранять синфазные помехи. Нейтрализующая обмотка наматывается на тот участок сердечника, где расположена вторичная обмотка. LC-контур, образованный нейтрализующей обмоткой и конденсатором, предназначен для фильтрации высокочастотных гармоник, которые возникают в результате феррорезонанса. С помощью нейтрализующей обмотки СФК обеспечивают синусоидальную форму выходного напряжения, что особенно важно для электропитания компьютерных систем.
Рассмотрим основные особенности СФК компании SOLA-HD.
Диапазон стабилизации выходного напряжения. СФК позволяют работать при колебаниях входного напряжения в пределах ±15%, при этом выходное напряжение изменяется в пределах ±1%. В устройствах СФК, работающих с нагрузкой меньше номинальной, диапазон изменения входного напряжения СФК расширяется (рис.3). Если мощность нагрузки мала, то даже при низком входном напряжении СФК способен обеспечить требуемое номинальное выходное напряжение. Так, если уменьшить нагрузку СФК более чем на 70%, то выходное напряжение будет отвечать требованиям NEMA даже тогда, когда входное напряжение упадет до 65% от номинального.
Рис.2. Принципиальная схема СФК
Коэффициент полезного действия СФК. В СФК используются высококачественные материалы для магнитопровода и обмоток, поэтому при номинальной нагрузке достигается КПД 90% и выше.
Быстродействие СФК. Важным преимуществом СФК является их высокое быстродействие по сравнению с другими типами регуляторов переменного тока. Входное напряжение корректируется в течение 10–20 мс или менее, и при этом уровень выходного напряжения колеблется незначительно.
Рис.3. Зависимость между входным и выходным напряжениями СФК при различных нагрузках
Коэффициент мощности нагрузки. СФК позволяет работать с нагрузкой любого типа. Величина выходного напряжения является функцией от тока нагрузки и коэффициента мощности нагрузки (рис.4). При увеличении индуктивной составляющей в нагрузке нестабильность выходного напряжения возрастает. Однако среднее значение выходного напряжения остается в допустимых пределах.
Рис.4. Зависимость выходного напряжения СФК от коэффициента мощности нагрузки
Перегрузка и короткое замыкание выхода СФК. Если нагрузка становится больше номинальной, в определенный момент величина выходного напряжения резко снижается и не возвращается на прежний уровень до тех пор, пока величина подключенной нагрузки не уменьшится (рис.5).
При коротком замыкании (КЗ) выходной ток находится на уровне 150–200% от номинальной величины тока при полной нагрузке, и рассеиваемая мощность СФК составляет менее чем 10% от номинальной. Поэтому при КЗ тепловыделение СФК меньше, чем на холостом ходу, а значит, не нужно устанавливать защитные устройства на выходе СФК.
Электродвигатель в качестве нагрузки СФК. Высокое быстродействие СФК и резкое падение напряжения при увеличении нагрузки нужно принимать во внимание для учета кратковременных перегрузок, возникающих при использовании электродвигателей или подобных им устройств. В общем случае трансформатор СФК должен иметь мощность, приблизительно равную максимальной пиковой потребляемой мощности подключенной нагрузки. Чтобы определить необходимую мощность СФК, нужно измерить величину пикового значения потребляемого тока электродвигателя (или аналогичной нагрузки).
Температурные характеристики СФК. Параметры СФК имеют слабую зависимость от температуры. Когда СФК прогревается до рабочей температуры, величина выходного напряжения снижается приблизительно на 1% от номинального значения. При постоянном входном напряжении и неизменной нагрузке величина выходного напряжения может изменяться в небольших пределах в зависимости от температуры окружающей среды. Эти колебания составляют приблизительно 1% от номинального напряжения на каждые 40°С. Номинальная рабочая температура СФК составляет от 40°С до 110°С. Номинальная температура окружающей среды – от -20 до 50°С.
Сдвиг фазы выходного напряжения СФК. Сдвиг фаз между входным и выходным напряжением составляет от 120° до 140° при номинальной нагрузке. Величина сдвига зависит в основном от коэффициента мощности нагрузки.
Рис.5. Выходное напряжение СФК при перегрузке
Компенсация гармонических искажений входного тока. СФК не только фильтрует помехи, поступающие на его вход, но также препятствует проникновению нелинейных изменений тока нагрузки оконечных электроприборов в основную сеть электроснабжения. Это справедливо при подключении к выходной обмотке СФК нагрузок любого типа.
Внешнее магнитное поле СФК. Для каких бы целей ни применялся СФК, влияние создаваемого им магнитного поля на находящееся вблизи от него электротехническое оборудование незначительно. Специальное решение фирмы SOLA-HD для СФК (патент США N2806199) уменьшает влияние магнитного поля практически до минимума.
Заводской разброс параметров СФК. При изготовлении СФК номинальное выходное напряжение устанавливается в пределах 0–2% от величины входного напряжения (120, 208 или 220 В) при полной активной нагрузке. Регулировка выходного напряжения производится при температуре 25°С.
Наиболее востребованными среди СФК компании SOLA-HD являются приборы серии HardWired MCR. Они защищают оборудование практически от всех сбоев электропитания, за исключением случаев, когда напряжение пропадает во внешней сети на длительное время. Диапазон мощностей СФК данной серии составляет 120 ВА–15 кВА.
Приборы серии HardWired MCR обладают целым рядом достоинств:
стабилизируют и фильтруют входное напряжение;
подавляют синфазные помехи сети (120 дБ);
подавляют дифференциальные помехи сети (60 дБ);
обеспечивают защиту электропроводки от воздействия нечетных гармоник тока, возникающих в процессе эксплуатации компьютерной нагрузки;
обеспечивают гальваническую развязку нагрузки от входной электросети;
применимы в качестве понижающих или повышающих трансформаторов;
жесткая конструкция СФК позволяет использовать его в любых промышленных помещениях;
выходное напряжение остается в пределах +5...-10% от своего номинального значения при снижении входного напряжения до 65% от номинала.
гарантированный срок эксплуатации – 25 лет.
Эти свойства позволяют использовать СФК HardWired MCR для защиты разнообразного оборудования: программируемых контроллеров; промышленных станков с числовым управлением; сложных вычислительных и управляющих систем (компьютеры, серверы и др.).
Таким образом, СФК компании SOLA-HD обеспечивают эффективную стабилизацию напряжения и устранение сетевых помех в различных условиях и благодаря этому находят применение в широком классе задач. Дополнительную информацию об СФК можно найти на сайте компании SOLA-HD (www.solahd.com).
Отзывы читателей
