Стабилизатор напряжения для газового котла

В газовых котлах за циркуляцию теплоносителя отвечает насос, работающий на электричестве. Дозированием газа и воды занимается плата с микроконтроллером и релейные клапаны, также питающиеся от сети 220В. И всей этой начинке необходимо правильно стабилизированное питание. Куда больше долговечность и бесперебойность газового котла зависит от правильного электропитания, чем от качества газа. Даже проблему с прочисткой форсунок в некоторых моделях котлов решает контроллер. Именно поэтому будет полезной информация, как выбрать стабилизатор напряжения для газового котла.

Для чего нужен

Производители указывают в инструкции требования к качеству электропитания. В случае если не соблюдается предписанный режим питания, гарантийные обязательства снимаются, и производитель даже не берется оценить долговечность оборудования.

Причина этому проста. В газовом котле располагать собственный встроенный стабилизатор напряжения накладно и не выгодно. Тогда цена устройства возрастет в разы, а его наличие не оправдано, если и так стабилизируется ввод в дом или квартиру.

От качества питания зависит многое:

• Двигатель насоса работает в синхронном или асинхронном режиме, но только при наличии правильного синусоидального тока на входе. Искажения форы сигнала, амплитуды или всплески способны сбить ритм работы насоса, начиная с повышенной выработки ресурса отдельных деталей вплоть до заклинивания насосного узла.
• Плата микроконтроллера опирается в своей работе на показания датчиков и управляет в зависимости от заложенной программы подачей газа и теплоносителя, а часто и воздуха. Нарушения в питании способны вызвать сбой программы и перевод контроллера в безопасный режим. Для пользователя это означает только одно – холодные батареи и непосредственный контакт с зимой внутри дома.
• Нестабильное напряжение приводит к искажению данных, получаемых от термопар и датчиков давления, перепады напряжения способны вызвать срабатывания реле на клапанах без команды процессора. Все это повышает риск возникновения опасной для жизни человека ситуации и выхода оборудования из строя.

Перечисленные опасения естественно вытекают при чрезмерных перепадах напряжения или несоответствии установленным стандартам качества питания. Для газовых котлов допускается питание напряжение в пределах 210-230В, окно в 20В. Частота определяется в виде 50 или 60Гц в зависимости от локализации модели. Критичной является форма синусоиды и отсутствие высокочастотных помех.

Теоритически хватит одного скачка свыше 250В или продолжительной работы на напряжении меньше 200В, чтобы вызвать проблемы. А теперь стоит просто замерить реальное напряжение в сети в квартире, притом вечером, когда потребителей больше. Скорее, там вместо нормальных 220В будет максимум 190В, а к этому следует вспомнить, насколько часто мигает свет, а лампы горят сверх ярко, хоть и доли секунд. С таким положением дел работа газового котла больше похожа на русскую рулетку с полным магазином. Именно поэтому нужен стабилизатор напряжения для газового котла.

Виды

Выбирать стабилизатор для газового котла предстоит не только по его номинальным характеристикам. На рынке представлено несколько типов устройств, работающих на отличных друг от друга принципах. При этом они по-разному стабилизируют напряжения и существенно различаются по стоимости и даже габаритам.

Есть четыре базовые конструкции стабилизатора:

• Сервоприводные (электромеханические);
• Релейные;
• Симисторные;
• С ШИМ-вольтдобавкой.

Сервоприводные или электромеханические стабилизаторы работают на простейшем принципе. Электропривод раскручивает вал генератора, с которого снимается выходное напряжение. Управляющая схема следит за тем, чтобы вне зависимости от входного напряжения на выходе получалась идеальная синусоида, требуемой амплитуды и частоты. Корректируя работу электропривода и способ съема напряжения с генератора, добиваются стабилизации напряжения с точностью 2-3%, то есть с разбегом от номинального значения всего в 4-6В.

Механическая часть стабилизатора обладает немалой инертностью. Уже раскрученный маховик достаточно сложно перевести на новый режим работы, что сказывается на скорости реагирования устройства на изменения во входном каскаде.

Преимущества:

• точность стабилизации 2-3%;
• низкая стоимость;
• охват большого диапазона входных напряжений для поддержания стабильного выхода.

Недостатки:

• уровень стабилизации и долговечность зависит от качества графитового токосъемника;
• скорость срабатывания исчисляется секундами;
• уровень шума от работы стабилизатора ≈60дБ;
• большой вес и габариты стабилизатора.

Релейные и семисторные стабилизаторы работают по схожему принципу. Внутри есть многоступенчатая система трансформации входного напряжения в выходное. Для каждого уровня входного напряжения соответствует своя пара обмоток трансформатора для получения стабилизированного выходного питания.

Отличается только способ переключения между обмотками. Качество стабилизации и охватываемый диапазон входного напряжения, при котором получается нормализированный выход, определяется количеством ступеней, набором пар обмоток на трансформаторе. Однако с увеличением этой характеристики возрастает стоимость и габариты системы. Чаще всего уровень стабилизации равен 6-8% (8-16В).

В релейных стабилизаторах переключение между ступенями трансформатора механическое. Используется целый пакет электромагнитных реле. Такой подход исторически получил распространение, когда не было альтернативы, и за счет низкой стоимости с высокой безотказностью самих реле. Скорость реагирования у таких стабилизаторов высока и равна примерно 20-50 мс (миллисекунды).

Преимущество:

• высокое быстродействие;
• низкая стоимость;
• долговечность.

Недостатки:

• щелчки при срабатывании реле,
• габариты печатных плат и самого стабилизатора.
• шаговая, ступенчатая стабилизация.

В семисторных стабилизаторах вместо реле используются сверхмощные семисторы – полупроводниковые элементы, способные гораздо быстрее переключать линии питания и обмотки трансформатора, притом без каких-либо щелчков и шумов. Исключается и проблема с «дребезгом» сигнала на контактах, появлением высокочастотных помех, которые фильтруются отдельно. Скорость срабатывания уже порядка 50-150 мкс (микросекунд). Однако сверхмощные полупроводники обходятся дорого, что сказывается на стоимости стабилизатора.

Преимущества:

• быстродействие;
• компактность;
• долговечность.

Недостатки:

• стоимость.

Стабилизаторы с ШИМ-вольт добавкой. Работаю по принципу двойного преобразования. Из входного переменного напряжения формируется опорное постоянное напряжение 12-48В, из которого уже формируется стабилизированный выходной сигнал. Как вариант используется непосредственная модификация входного напряжения с понижением выходной мощности, когда схема автоматически наращивает напряжение или наоборот обрезает для получения нужной амплитуды. Первый вариант привлекателен тем, что на выходе формируется идеальная синусоида без помех и даже заметных колебаний. Принцип работы построен на том, что стабилизировать промежуточное постоянное напряжение гораздо легче.

Преимущество:

• правильная синусоида по частоте и амплитуде, стабилизация на уровне 2%;
• быстродействие;
• настройка параметров работы стабилизатора со стороны пользователя;
• малые габариты и масса.

Недостатки:

• стоимость.

Таблица. Сравнительные характеристики основных типов стабилизаторов.

Какой лучше

Утверждать, что конкретная конструкция или схема лучше, сложно. Все перечисленные типы находят применение и небезосновательно выпускаются примерно в равных объемах производителями. Есть разница в цене и качестве стабилизации, и вполне естественно ориентироваться на размер выделенного бюджета. Есть различия в диапазонах допустимых входных напряжений, при которых нормально стабилизируется питание по выходу, однако это не относится к конкретному типу, а скорее к исполнению.

Релейные стабилизаторы более дешевые, но семисторные стоит выбирать, когда в сети большие скачки напряжения.

В остальных случаях, когда бюджет позволяет, предпочтение лучше отдать семисторным стабилизаторам и с ШИМ-вольтдобавкой, которые способны обеспечить стабилизацию с разбегом не более 5%, как того требует ГОСТ.

Мощность

Номинальная потребляемая мощность котлов колеблется в пределах 150-450 Вт. Точное значение указано в инструкции и техническом паспорте. При выборе мощности стабилизатора учитываются следующие факторы:

1. К выбранному в итоге стабилизатору для газового котла нельзя подключать другое оборудование, только котел. Расчет мощности так же ведется исходя из этого условия. Дополнительная нагрузка способна вызвать всплески в питании.
2. Пусковой ток, потребляемый насосом в момент запуска, превышает номинальное значение в 3,5-4 раза.
3. Чем ниже входное напряжение, тем ниже выходная мощность стабилизатора. Учитываются суточные и недельные колебания напряжения в сети, чтобы подобрать стабилизатор, способный выжать из 180Ви менее требуемую мощность.

В результате мощность стабилизатора подбирается в 2,2-2,5 раз больше номинального потребление газового котла. Если в тех. паспорте указано потребление на уровне 150Вт, то подойдет стабилизатор, рассчитанный на 400Вт и выше.

Тип крепления

Есть два варианта исполнения корпуса и способа установки:

• напольный;
• настенный.

На производительности или характеристиках это никак не сказывается. Однако в виду установки стабилизатора непосредственно возле котла лучше отдать предпочтение настенному варианту, так как это исключает попадание воды в электрооборудование при поломке, связанной с трубопроводом или теплообменниками котла.

Если стабилизатор устанавливается в удалении от котла, например в распределительном щитке, то допускается использование и напольного способа установки. Подойдет маленькая хитрость. Напольный стабилизатор закрепляется на кронштейнах или на подготовленной полке выше котла, и тогда его вполне безопасно располагать даже непосредственно возле котла.