Инверторные стабилизаторы, обзор, плюсы и минусы, принцип работы

Внутреннее строение

Благодаря чему инверторные стабилизаторы могут достигать такой эффективности и гордо носить звание лидера среди всех типов стабилизаторов? Это достигается благодаря иному принципу работы и, конечно, другому строению (оно изображено на рис. 1).

Классический инвертор стабилизатор состоит из: — входных фильтров (ВХ); — выпрямителя и корректора коэффициента мощности (ККМ-В); — конденсаторов (ВИП) — преобразователя постоянного напряжения в переменное (ИНВ); — микроконтроллера (МК).

Рис. 1. Схема инверторного стабилизатора.

Стоит отметить, что выпрямитель и преобразователь постоянного напряжения являются инверторами, которые построены на основе транзисторов IGBT, то есть на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором, и MOSFET, то есть на металл-оксид-полупроводнике.

Эти транзисторы могут коммутировать очень большие токи и во время их работы наблюдаются очень малые потери энергии.

Особенности инверторных стабилизаторов

Подведя некоторые итоги, можно сказать, что этот тип стабилизационных приборов совершенно отличается от электромеханических, релейных и симисторных стабилизаторов. Он не имеет в своем составе автоматического трансформатора.

Если сравнить процессы двойного преобразования и переключения обмоток трансформатора, то двойное преобразование характеризуется значительно большей степенью эффективности. Конечно, это преимущество делает инверторный стабилизатор более прогрессивным.

В этом стабилизаторе нет каких-либо подвижных элементов или реле. Такая особенность значительно уменьшает круг конкурентов. Собственно говоря, в некотором роде конкурентами инверторных приборов для стабилизации напряжения можно назвать симисторные или тиристорные стабилизаторы.

Стоит обратить внимание еще на таком конструктивном элементе инверторного стабилизатора как конденсатор. Именно благодаря ему происходит нивелирование любых скачков напряжения на входе.

Это потому, что в нем накапливается входная энергия, которая затем подается в нужных количествах и которая превращается в стабильный переменный ток.

Иными словами, какими бы частыми или какими бы большими ни были изменения в электропитании на входе, выходное напряжение никогда не будет изменяться, поскольку оно никак не зависит от этих изменений.

Хотя есть некоторый нюанс. Когда запаса энергии в конденсаторах не хватает, то очень сильные скачки напряжения могут отразиться на уровне выходного напряжения. Они могут «проскочить».

Преимущества

Рассмотрев устройство и принцип работы инверторного стабилизатора напряжения, который может использоваться в доме и любой квартире, отметим, какими преимуществами и недостатками он обладает.

Итак, к преимуществам относятся:

1. Большой спектр напряжения на входе (от 115-ти до 300 вольт).
2. Соблюдение стабильных параметров напряжения на выходе. Здесь стоит еще отметить то, что в тех случаях, когда напряжение очень сильно поднимается, ток накапливается в конденсаторах в большом количестве, но при этом выходит только то количество, которое является необходимым для обеспечения 220-ти вольт.
3. Бесшумная работа.
4. Использование транзисторов, конденсаторов и микросхем, а также отсутствие автоматического трансформатора является причиной того, что прибор получает небольшой вес и размеры.
5. Осуществление фильтрации помех и высокочастотных выбросов в общей сети.
6. КПД очень высокого уровня (более 90 процентов).
7. Высокая скорость регулирования тока.
8. Очень высокий уровень точности нормализации напряжения (не превышает одного процента).

Недостатки

Что касается недостатков, то самый главный недостаток кроется в цене. Каждый инверторный стабилизатор является дороже любого другого. Есть еще один важный недостаток, о котором большое количество производителей умалчивает.

По мере увеличения нагрузки, то есть мощности приборов, которые подключаются к таким стабилизационным устройствам, происходит уменьшение предельного диапазона входных вольт.

Другими словами, когда нагрузка меньше 50-ти процентов, диапазон входных вольт является таким, о котором мы уже отметили. Когда нагрузка превышает 50 процентов и является меньшей 70-ти, то диапазон входного напряжения составляет 140-300 вольт.

При нагрузке, которая превышает 70 процентов, выравнивание тока будет осуществляться только тогда, когда напряжение на входе будет не меньше 160-ти и не больше 300-х вольт.

Благодаря наличию большого количества преимуществ, инверторные стабилизаторы могут использоваться для защиты практически любого электроприбора. Наиболее острую потребность в стабилизаторах такого типа имеют сложная компьютерная техника, профессиональное аудио- и видеооборудование, медицинское оборудование.

Иными словами каждый прибор, который является чувствительным к изменениям и скачкам тока, «захочет», чтобы его защищал именно этот нормализатор.

Условия эксплуатации

Также каждого пользователя такого типа нормализатора сильно порадует и неприхотливость к условиям эксплуатации. В первую очередь это касается температуры и влажности.

Многие модели инверторных стабилизаторов могут работать при температуре не меньшей -40 градусов Цельсия и не высшей +40 градусов Цельсия. Уровень влажности в помещении не должен быть большим 95-ти процентов.

Во время эксплуатации не желательно, чтобы на стабилизатор попадала вода и любые горюче-смазочные материалы. Конечно, появление конденсата может вывести устройство из строя, поэтому такого состояния допускать не стоит.

В том случае, когда на внутренних деталях появился конденсат, нужно подождать до тех пор, пока он не испарится.

Полезный совет: во время проведения ремонтных и обслуживающих работ необходимо помнить, что одним из внутренних элементов является конденсатор.

Он способен накапливать электроэнергию и контакт с ним может закончиться поражением током и плохими последствиями. Устанавливать инверторные стабилизаторы можно в помещениях, в которых нет взрывоопасных или горючих материалов, повышенного уровня запыленности, насекомых и грызунов.

Многие модели нельзя устанавливать на открытых площадках. Важным условием эксплуатации инверторного стабилизатора напряжения является обеспечение свободного доступа воздуха к нему.

Для выполнения этого условия нужно сделать так, чтобы вокруг стабилизационного устройства было пространство как минимум в 5 сантиметров. Все вентиляционные отверстия должны быть открытыми.

Другими словами их нельзя накрывать или закрывать любыми предметами. Многие производители рекомендуют использовать устройство, которое сможет обеспечить разрыв цепей фазного и нулевого кабелей питания.

Благодаря наличию такого устройства во время ремонта или техобслуживания вам не нужно будет проводить отключение всей домашней сети. Конечно, во время использования этого стабилизатора не надо допускать ситуаций, когда подключенные приборы имеют большую мощность, чем сам прибор для стабилизации напряжения.

Для того, чтобы такой стабилизатор работал значительно дольше нужно проводить регулярное техническое обслуживание. Во время такого обслуживания проверяют то, насколько качественно прикрепляются провода к клеммам стабилизатора и не перетерлась ли изоляция на проводах.

Также определяют наличие каких-либо повреждений корпуса. Важным условием техобслуживание является очистка вентиляционных отверстий и защитных решеток от пыли.

Полезный совет: во время очистки этих отверстий стабилизатор должен быть выключенным. Очистку лучше делать с помощью пылесоса. Стабилизатор должен быть выключенным.

Что такое инверторный стабилизатор

Это лучшее решение прибора, который называют стабилизатором напряжения с двойным преобразованием. Главное достоинство инвертора заключается в том, что он способен снабжать потребителей всего дома током с напряжением одной частоты. Отклонение от стабильной характеристики не превышает 1 процент от норматива.

Инверторный стабилизатор напряжения (ИС) легко справляется с большими скачками входного напряжения, что востребовано в отдалённых районах и сельской местности, где местные сети электроснабжения не способны постоянно поддерживать напряжение на одном уровне.

Строение ИС

Что такое стабилизатор напряжения

Схема ИС включает в себя входные фильтры, выпрямитель, корректор коэффициента мощности, конденсаторы, микроконтроллер и инвертор. Последний преобразует постоянный ток в переменное напряжение.

Внутреннее устройство ИС

Характерные особенности ИС

Симисторный стабилизатор напряжения

Главным отличием ИС от своих аналогов таких, как релейные, электромеханические и симисторные стабилизаторы, является отсутствие во внутреннем устройстве автоматического трансформатора.

Двойное преобразование напряжения не имеет резких переходов, которыми «страдает» переключение трансформаторных обмоток. Именно двойной эффект преобразования представляет ИС наиболее совершенным стабилизатором. Отсутствие подвижных деталей, различных реле оставляет далеко позади конкурентов ИС. Применение конденсаторов в схеме стабилизации электрического тока исключает скачки напряжения на выходе прибора.

Однофазный стабилизатор Штиль

Преимущества и недостатки ИС

Даже самые совершенные электрические приборы обладают, как рядом достоинств, так и определёнными недостатками.

Недостатки

Главным недостатком ИС считается его высокая стоимость. Большое количество потребителей может существенно сузить диапазон величин принимаемого напряжения.

Обратите внимание! Нормальная работа ИС осуществляется при 50% нагрузке. При 70% загрузке нижний порог входного параметра будет ограничиваться 140 в. Более 70% нагрузки порог поднимется до 160 в.

Достоинства

Преимуществами инверторного стабилизатора напряжения являются следующие достоинства:

• Допустимая вилка входного напряжения колеблется в диапазоне от 115 до 300 вольт;
• При большом скачке напряжения энергия накапливается в конденсаторах в большом количестве. Благодаря этому, выходное напряжение всегда сохраняется на уровне 220-230 в;
• Во время работы ИС отсутствуют какие-либо шумы;
• Применение радиодеталей, таких как транзисторы и микросхемы, плюс отсутствие громоздких автотрансформаторов делают прибор компактным, небольшого веса;
• Коэффициент полезного действия инвертора достигает более 90%;
• Практически мгновенная регулировка напряжения;
• Крайне низкая погрешность (не более 1%) нормализации напряжения.

Виды стабилизаторов напряжения

Принципиальная схема стабилизатора напряжения включает 2 основных элемента, функции которых заключаются в сравнении входных параметров тока с требуемыми и регулировкой выходных характеристик. При выборе стабилизатора необходимо учитывать его основные параметры, которые должны соответствовать свойствам электросети и особенностям питающихся от неё потребителей.

В список главных характеристик любого стабилизирующего устройства входят:

• Точность стабилизации;
• Скорость реакции на изменения параметров входного тока;
• Эксплуатационная надёжность;
• Защищённость от помех;
• Срок эксплуатации;
• Стоимость.

Существует несколько технических решений, позволяющих обеспечить стабильные параметры тока в сетях электропитания различного назначения. Наиболее широкое применение получили следующие виды стабилизаторов напряжения:

Сервоприводные. Обеспечивают высокую точность стабилизации и обладают неплохой устойчивостью к сетевым перегрузкам, включая короткое замыкание. Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа имеет существенный недостаток – низкую скорость реакции на изменения характеристик входного тока, вследствие их целесообразно использовать для защиты потребителей, питающихся от сетей, исключающих резкие скачки напряжения на входе.

Релейные. Характеризуются завидным быстродействием, однако не способны обеспечить высокую точность и качество выравнивания выходного напряжения, вследствие чего применяются для защиты электрооборудования малой мощности.

Электронные. Работают по тому же принципу, что и релейные, но вместо коммутационных реле функцию регулировки выходного напряжения выполняют электронные ключи – симисторы или тиристоры. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью стабилизации и надёжной защитой от резких скачков входного напряжения. К недостаткам можно отнести сравнительно большую погрешность при выравнивании выходного тока и высокую стоимость.

Электромеханические. Представляют собой разновидность сервоприводных стабилизаторов. В отличии от последних, в оборудовании этого класса вместо графитовых щёток используются ролики, обеспечивающие защиту от перегрева, высокую перегрузочную способность и продолжительный срок службы системы. Главным минусом электромеханического стабилизатора является сравнительно высокая стоимость.

В продаже встречаются гибридные (с двойной релейной схемой), а также инверторные и широтно-импульсные (ШИМ) стабилизаторы. Они обеспечивают высокую скорость выравнивания выходного тока с небольшой погрешностью и могут работать с широким диапазоном входных параметров напряжения. Стабилизаторы с подмагничиванием и дискретным высокочастотным регулированием являются узкоспециализированными, вследствие чего широкого применения на практике не получили.

Сервоприводные стабилизаторы

Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает:

• Блок защиты от перегрузки;
• Автотрансформатор;
• Серводвигатель с редуктором;
• Блок управления

Сервоприводные стабилизаторы напряжения осуществляют выравнивание выходного тока посредством сервопривода, который приводит в движение коммутационные контакты – графитовые щётки. Перемещение последних в нужную позицию обмотки трансформатора осуществляется плавно без прерывания фазы и искажений синусоиды выходного напряжения. При скачках или проседаниях входного тока в пределах 10 В блок управления выдаёт команду серводвигателю, который двигает коммутационные контакты до достижения требуемых на выходе 220 В.

Схема регулируемого стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает подвижные элементы, что снижает его надёжность и долговечность. Кроме того, устройства этого класса поддерживают достаточно узкий диапазон входного напряжения (150-260 В) и допустимой нагрузки (в пределах 250-500 Вт). В то же время, работают они практически бесшумно и обеспечивают погрешность выравнивания параметров тока не более 2-3%.

Стабилизаторы релейного типа

Принцип работы устройств стабилизации релейного типа основан на ступенчатом регулировании напряжения. Осуществляется оно посредством силовых реле, которые выполняют коммутацию секций на вторичной обмотке автотрансформатора после вычисления необходимого числа трансформации контролирующим входные и выходные параметры тока процессором.

К основным достоинствам релейных стабилизаторов относят:

1. Компактные габариты и небольшой вес;
2. Широкий диапазон выравнивания;
3. Возможность применения при температурном режиме -20…+40°C;
4. Низкую стоимость.

Главные минусы этого оборудования – малая перегрузочная способность и снижение скорости стабилизации при увеличении точности последней.

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные устройства стабилизации работают по принципу ступенчатого регулирования напряжения посредством автоматической коммутации участков вторичной обмотки трансформатора, которая осуществляется силовыми электронными ключами, управляемыми процессорным блоком.

Отсутствие открытой коммутации исключает возникновение искр и окисление токопроводящих контактов схемы стабилизатора при избыточном токе на входе. Кроме того, оборудование этого класса обеспечивает малую инерционность срабатывания, отличается высокой конструктивной надёжностью и полностью бесшумной работой.

Можно собрать электронный стабилизатор напряжения 220В своими руками. Стоимость такое устройство будет иметь гораздо меньшую, чем произведённое на заводе, обеспечивая простоту в обслуживании. Основным недостатком самодельных решений является их низкая надёжность.

Инверторные стабилизирующие устройства

Всё более популярными становятся устройства стабилизации, работающие по принципу двойного преобразования напряжения. Они не имеют подвижных элементов и обеспечивают куда более высокое качество выравнивания тока, чем классические сервоприводные, релейные и электронные.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220В включает:

• Входной частотный фильтр;
• Выпрямитель напряжения;
• Корректор коэффициента мощности;
• Накопительный конденсатор;
• Преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор) с требуемыми на выходе устройства характеристиками.
• Микроконтроллер.

Входной ток проходит частотную фильтрацию, после чего выпрямитель превращает его в постоянный с правильной синусоидой. В результате значительно возрастает коэффициент мощности. Постоянное напряжение заряжает конденсаторы, с которых ток поступает на инвертор, где выравниваются его частота и напряжение до требуемых 50 Гц и 220 В соответственно.

Инверторные устройства стабилизации обеспечивают КПД выше 90% и практически нулевую инерционность, поддерживая широкий спектр входных параметров тока.

Схема подключения стабилизатора напряжения не представляет особой сложности. Очень важно при этом грамотно выбрать сечение кабеля:

• Чем выше мощность устройства, тем большей должна быть площадь сечения;
• При низком уровне входного напряжения сила тока будет большой, поэтому для сетей с преобладающими проседаниями напряжения следует выбирать сечение кабеля с запасом.

И главное:при подключении стабилизатора любого типа требуется неукоснительно соблюдать правила электробезопасности и рекомендации производителя, указанные в паспорте устройства.

Конструкция стабилизатора инверторного

Бытовой стабилизатор своими руками собрать несложно, для этого достаточно иметь входные фильтры, выпрямитель и корректор коэффициента входной мощности, конденсаторы, преобразователи и микроконтроллеры. Содержащиеся в конструкции выпрямители и преобразователи построены по схеме биполярного транзистора IGBT с металлическим оксидным полупроводником. Тиристоры в составе выравнивателя напряжения накапливают электрическую энергию, при активации устройства потери тока достигают минимальных показателей.

Инверторный стабилизатор содержит набор компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию. В конструкцию прибора входит:

1. Блок питания с конденсаторами C 2 и C 5, компаратором DA 1, тепловым электрическим диодом VD 1, трансформатором T 1.
2. Узел для задержки нагрузки при включении. В его комплектации содержатся резисторы R1-R5, транзисторы VT1-VT3 и конденсатор С1.
3. Выпрямитель для измерения амплитуды колебания силы тока. В конструкцию устройства входит конденсатор С2, диод VD2, стабилитрон VD2 и делитель R14, R13.
4. Компаратор с резисторами R15-R39 и компараторами DA3 и DA2.
5. Логический контроллер DD1.
6. Усилитель с транзистором VT4 и токоограничивающим резистором R40.
7. Светодиод индикаторный HL1-HL9.
8. Оптронные ключи.
9. Автоматический предохранитель QF1.
10. Трансформатор T 2.

Характеристики стабилизатора тока

Бытовой выпрямитель электротока, своими руками который можно собрать в частной мастерской, выравнивает ток при условии подачи тока 130−270 V. Аппарат не реагирует на частоту колебания электричества, поступающего из центральной линии электропередачи. К приспособлению можно подключать электроприборы общей мощностью до 6 кВт.

Электронный выравниватель напряжения в автоматическом режиме переключает нагрузки в течение 10 мсек. Принцип работы устройства заключается в осуществлении двух процессов:

1. Преобразование переменного сетевого тока в потребительский постоянный.
2. Преобразование потребительского постоянного тока в сетевой переменный.

При выполнении первого процесса инверторные стабилизаторы напряжения для дома осуществляют выпрямление и коррекцию коэффициента напряжения. Процессы выравнивания осуществляются в момент входа переменного тока в частотный фильтр стабилизатора. На выходе потребитель получает постоянный ток синусоидальной формы. Положительным фактором выпрямителя является создание тока с высокими коэффициентами мощности и накопление его в конденсаторах.

Инверторный стабилизатор напряжения для дома в конечном результате выдают электрический ток напряжением 220 В с частотой колебания 50 гц. Отличительным свойством инвертора является наличие в конструкции кварцевого генератора, обеспечивающего высокую точность преобразования исходного материала с помощью микроконтроллера. Благодаря двум взаимозаменяемым процессам выравнивания электротока инвертор, или стабилизатор двойного преобразования, имеет более высокие показатели по сравнению с приборами релейного, электромеханического и симисторного типа.