Стабилизаторы напряжения

Описание и строение инверторного стабилизатора


в устройстве имеется двойной фильтр

Такое преимущество достигается за счёт специфического строения, а также довольно интересного принципа работы. Так, классический инвертный стабилизатор имеет:

  • Несколько входных фильтров.
  • Выпрямитель напряжения.
  • Корректор мощности.
  • Несколько конденсаторов.
  • Преобразователь постоянного напряжения.
  • Микроконтроллер.

Однако стоит отметить, что преобразователи и выпрямители напряжения — это и есть инверторы, изготовленные на основе транзисторов IGBT. Благодаря им, происходит преобразование высоких значений тока в норму. При этом потери энергии очень и очень маленькие.

Дополнительные особенности:

  • Возможность построения системы питания с резервированием по схеме N+1 – гарантирует высокую надежность и постоянную эксплуатационную готовность;
  • Увеличение выходной мощности стабилизатора за счёт установки дополнительных силовых модулей – позволяет развиваться системе питания вместе с Вашими задачами;
  • Непрерывная работа стабилизатора благодаря возможности «горячей» замены силовых модулей;
  • Широкие возможности мониторинга. Удаленный контроль состояния и настройка параметров стабилизатора в режиме реального времени в веб-браузере;
  • Принудительное вентиляторное охлаждение с адаптивной скоростью вращения;
  • Наличие режима «автоматический байпас» – обеспечивает возможность питания нагрузки напрямую от сети при выходе из строя одного из внутренних узлов стабилизатора или при перегрузке;
  • Наличие режима «сервисный байпас» – обеспечивает возможность питания потребителей напрямую от сети, в обход цепей преобразователя и автоматического байпаса;
  • Панель светодиодной индикации, отображающая состояние изделия.

Для трехфазной сети

У Ресанты только одна модель на 6 кВт (в таблице) и можно составить комплект из трех стабилизаторов общей мощностью 18 кВт. У Штиль есть, как трехфазные инверторные модели, но так же можно составить комплекты из однофазных. Чтобы понять, чем такие подходы отличаются, читайте статью о том, как выбрать трехфазный стабилизатор для дома, и почему один трехфазный стабилизатор не равен трем однофазным.

Популярные инверторные стабилизаторы напряжения

Стабилизатор напряжения Штиль IS5000

Подробнее

Цена: 29 900 руб.

  • — Мощность 5 кВ·А
  • — С двойным преобразованием
  • — Универсальное размещение
  • Габариты: 353х366х104 мм
  • Масса: 9 кг.

Стабилизатор напряжения Штиль IS7000

Подробнее

Цена: 34 798 руб.

  • — Мощность 7 кВ·А
  • — С двойным преобразованием
  • — Универсальное размещение
  • Габариты: 353х366х104 мм
  • Масса: 9 кг.

Стабилизатор напряжения Штиль IS550

Подробнее

Цена: 6 396 руб.

  • — Мощность 0.550 кВ·А
  • — С двойным преобразованием
  • — Универсальное размещение
  • Габариты: 140х240х70 мм
  • Масса: 2 кг.

Стабилизатор напряжения Штиль IS3500

Подробнее

Цена: 22 649 руб.

  • — Мощность 3.50 кВ·А
  • — С двойным преобразованием
  • — Универсальное размещение
  • Габариты: 360х205х98 мм
  • Масса: 5 кг.

Стабилизатор напряжения Штиль IS2500

Подробнее

Цена: 17 700 руб.

  • — Мощность 2.50 кВ·А
  • — С двойным преобразованием
  • — Универсальное размещение
  • Габариты: 360х205х98 мм
  • Масса: 5 кг.

Смотреть все инверторные стабилизаторы

Стабилизаторы компании «Энергия»

Кроме типа стабилизатора, при его выборе, следует так же обращать внимание на производителя. Одной из ведущих компаний на рынке электрического оборудования является компания «Энергия»

Кроме того, что ассортиментный ряд стабилизаторов очень широк, вся продукция полностью адаптирована к российским энергетическим сетям, что отсутствует у большинства зарубежных производителей.


Компания производит релейные, электромеханические и электронные модели, кроме того имеется линейка гибридных моделей, которые совмещают в себе два типа стабилизаторов. Это заметно расширяет возможности их применения. Стабилизаторы выпускаются на мощности от 500 до 30 000 Вт и отличаются отличным качеством и высокой надёжностью.

Преимущества и недостатки

Как и любые другие изделия, инверторные стабилизаторы не лишены плюсов и минусов. Сравнение данных разновидностей будет проводиться с их «конкурентами», например, электронными устройствами.

Положительные стороны

У инверторных стабилизаторов имеется ряд ощутимых преимуществ:

  • Широкий диапазон входного напряжения — устройство может работать с электричеством мощностью от 105 до 300 Вт.
  • Бесшумность работы.
  • Стабильное выходное напряжение — вся «лишняя» мощность электричества остаётся в конденсаторах, при этом на выход подаётся только требуемые 220 В.
  • Быстрая регулировка тока.
  • Небольшие габариты.
  • Высокий КПД (более 90%).
  • Фильтрация высокочастотных выбросов и помех.
  • Превосходная точность нормализации напряжения.

Отрицательные моменты

Тем не менее эти замечательные устройства не лишены ряда недостатков:

Наиболее существенный минус данных изделий — это цена. В сравнении с другими разновидностями, инверторные агрегаты стоят намного дороже.
Сужение диапазона значений входного электричества. Чем больше подключено устройств, тем хуже стабилизатор обрабатывает входящее напряжение.
Относительная новизна

Как было сказано выше, многие предпочитают использовать проверенные электрические стабилизаторы, поэтому на инверторные разновидности обращают внимание в последнюю очередь.

Принцип работы агрегата

Что касается первой стадии работы, то в данном случае включатся в работу такие элементы, как выпрямитель, а также корректор коэффициента мощности. Если сказать проще, то переменный нестабильный ток попадает в прибор через фильтр, который выпрямляет его, делая постоянным. Также фильтруются частоты. После этого такой ток будет иметь практически идеальную синусоидальную форму. Преимущество заключается в том, что в данном случае значительно увеличивается мощность. Коэффициент увеличения мощности составляет практически единицу. После прохождения фильтра ток накапливается в блоке конденсаторов, который иногда называют вторичным блоком питания.

После этого схема инверторного преобразователя напряжения работает следующим образом. Выпрямленный и преобразованный постоянный ток движется в сторону инвертора, задача которого — преобразовать его в переменный и оставить ту же синусоидальную форму. Другими словами, инвертор работает таким образом, что переменный ток приобретает напряжение в 220 В и частоту в 50 Гц.

Стоит отметить, что одна из частей инвертора — это кварцевый генератор, который проводит преобразование с большой точностью. Естественно, что каждым составным элементом, из которого состоит инвертор, управляет микроконтроллер устройства. Именно по причине того, что инверторный стабилизатор напряжения проводит два преобразования, он и получил такое название.

ЭЛЕКТРОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

Электронными принято называть такие приборы стабилизации, в электрической схеме которых, функции переключения отпаек регулировочной обмотки автотрансформатора выполняют не контакты электромагнитных реле, а электронные ключи, построенные на симисторах или тиристорах.

Ниже представлена структурная схема симисторного стабилизатора напряжения, в котором переключение секций обмоток осуществляется ключами на симисторах.

На схеме изображён электронный стабилизатор напряжения, имеющий семь ступеней регулирования, то есть, регулировочная обмотка имеет семь выводов, к каждому из которых подключен симисторный ключ. Симистор, или симметричный тиристор представляет собой электронный полупроводниковый прибор, обладающий управляемой проводимостью в двух направлениях.

Открытие ключа происходи при подаче отпирающего потенциала на управляющий электрод. Иногда вместо симисторных ключей применяются ключи на тиристорах.

Поскольку тиристор обладает односторонней проводимостью, для использования в цепях переменного тока в тиристорных стабилизаторах напряжения используется аналог симистора, составленный из двух тиристоров, включенных встречно – параллельно. Каждый тиристор такого ключа пропускает одну полуволну тока в течение периода.

Управление электронными ключами производится микроконтроллером, постоянно отслеживающим уровень параметров питания на входе и на выходе стабилизирующего устройства. Алгоритм управления исключает одновременное открытие более одного ключа.

Электронный стабилизатор работает аналогично релейному, различие в уровне управляющих импульсов. В релейных устройствах, импульс соответствует потенциалу срабатывания реле, в электронных – величине отпирающего потенциала симисторного или тиристорного ключа.

Точность стабилизации при этом зависит от количества витков в секции обмотки регулирования. Чем чаще выполнены отпайки, тем меньше погрешность стабилизации.

Другая важная характеристика – диапазон изменения входного напряжения – зависит от общего объёма обмотки регулирования. Чем он больше, тем более значительные отклонения сетевого напряжения стабилизатор может скомпенсировать. Но для обеспечения высокой точности регулирования, обмотка должна быть разделена на достаточно мелкие секции, что при большом её объёме заставляет применять большой количество отпаек отпаек, которое вызывает увеличение количества ключей, веса и громоздкости конструкции.

При разработке стабилизаторов приходится искать компромиссное решение, обеспечивающее важнейшие технические характеристики на достаточном уровне.

Стабилизаторы электронного типа превосходят релейные по скорости переключения. Отсутствие контактов механического типа, работа которых сопровождается искрением, позволяет использовать электронные приборы в условиях повышенной взрывоопасности, что неприемлемо для устройств релейного типа.

Стабилизаторы напряжения феррорезонансного типа

Стабилизаторы напряжения феррорезонансного или ферромагнитного типа были широко распространены двадцать, тридцать лет назад, в настоящее время такие устройства практически не производятся.

Основной принцип работы феррорезонансного стабилизатора напряжения основан на эффекте резонанса напряжения в электрическом контуре, состоящем из трансформатора и конденсатора.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения включает в себя два дросселя и конденсатор. Один дроссель имеет насыщенный магнитный сердечник, а второй дроссель не имеет насыщенного сердечника. Путем подбора характеристик этих дросселей и конденсатора можно изменять соотношение входящего и выходящего напряжения. Данное устройство имеет достаточно высокую стоимость из-за использования дорогих металлоемких комплектующих.

Особенности инверторных стабилизаторов

Инверторные стабилизаторы напряжения для дома существенно отличаются от выпрямителей электромеханического и релейного типов. Ключевое отличие – отсутствие автоматического трансформатора. Процедуру двойного преобразования можно также сопоставить с переключением обмотки трансформаторов у иных типов нормализаторов. Двухэтапный преобразовательный процесс значительно эффективнее, вследствие чего инверторы и считаются передовыми среди иных устройств.

Преимущества

Инверторный стабилизатор имеет массу достоинств, в сравнении с устройствами иного типа. Основные из них:

  • функционирование в широком спектре входного напряжения – 115-300 В;
  • стабильность напряжения поддерживается постоянно;
  • бесшумность функционирования;
  • габариты и масса инверторного оборудования существенно ниже, чему способствует отсутствие автоматического трансформатора;
  • высокочастотные выбросы и любые помехи фильтруются прибором;
  • высокий показатель КПД – от 90%;
  • быстрота регулирования входного и выходного тока.

Плюсы стабилизатора очень весомы. Встретить их все на приборах иного типа просто невозможно.

Недостатки

Невзирая на массу плюсов, даже однофазный стабилизатор имеет собственные недостатки. Основной из них – высокая цена. Ещё одним минусом можно назвать то, что инверторные приборы понижают диапазон входного вольтажа. Чем больше мощность устройств, подключённых к сети через нормализатор, тем меньше становится этот диапазон.

Принцип работы

Инверторные стабилизаторы коренным образом отличаются от всех ранее рассмотренных устройств. Центральное значение в принципе работы данных приборов имеет технология инвертирования. Процесс функционирования стабилизатора выглядит следующим образом. Сетевое питающее напряжение, поступая на вход прибора и проходя через высокочастотный фильтр, отсекающий импульсные помехи, гармоники высшего порядка, подаётся на выпрямитель. Затем переменный ток, через выпрямитель, попадает в корректор КМ (коэффициента мощности). В его задачу входит поддержание одинакового уровня мощности, который не будет зависеть от любых изменений входного напряжения. Переменный ток на этом этапе преобразуется в постоянный.

Напряжение постоянного тока накапливается в конденсаторной батарее, которая специально предназначена для накопления электроэнергии при её избытках. А когда электроэнергии не хватает, тогда конденсаторная установка наоборот — отдаёт её, компенсируя появившийся недостаток.

Далее постоянное напряжение поступает в преобразователь напряжения (инвертор), который преобразует его обратно в переменное, соответствующее необходимым нормам и характеристикам, т.е. формирует из него переменное синусоидальное напряжение требуемой частоты и амплитуды. Инвертор работает на мощных транзисторах, которые установлены на радиаторах. Такая схема преобразования способствует минимальным потерям энергии.

За работу транзисторов отвечает микроконтроллер, а входящий в его состав кварцевый генератор формирует и поддерживает стабильную частоту переменного тока.
В стабилизаторах инверторного типа происходит двойное преобразование напряжения, что позволяет получать на выходе ток с практически идеальными характеристиками.

Смысл описанных преобразований заключается в следующем. Работой инвертора управляет микропроцессорный контроллер, благодаря которому напряжение приобретает строго синусоидальную форму, номинальную частоту и амплитуду. Таким образом, стабилизаторы инверторного типа обеспечивают нагрузку напряжением более высокого качества, чем стабилизаторы любого другого типа.

Если говорить о синусоидальности переменного напряжения, являющейся одной из важнейших показателей качества электроэнергии, то традиционные стабилизаторы в лучшем случае не ухудшают этот показатель сетевого напряжения, либо вносят некоторые помехи. Инверторные устройства формируют синусоиду самостоятельно, в соответствии с программой, прошитой в контроллере, поэтому на практике всегда происходит повышение качества электроэнергии. Другие технологии синусоиду исправить не могут, максимум не ухудшить.

Основные элементы прибора:

  • сетевой фильтр;
  • выпрямитель;
  • корректор КМ;
  • конденсаторная батарея;
  • преобразователь напряжения;
  • микроконтроллер;
  • кварцевый генератор;
  • блок индикации и управления;
  • системы защиты.

Принцип, лежащий в основе инверторных стабилизаторов, не содержит каких либо новых научных открытий последних лет и известен достаточно давно. Сравнительно недавний прорыв в этой области обусловлен началом массового выпуска мощных транзисторов, созданных по технологии IGBT и MOSFET. Именно транзисторы такого типа служат основными ключевыми элементами инверторных преобразователей.

На данный момент, схема реализована двумя производителями — это линейка Штиль ИнСтаб и отдельный стабилизатор Ресанта ACH-6000/1-И, сравним их параметры в таблице.

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения электромеханического типа

К преимуществам электромеханических стабилизаторов напряжения можно отнести:

  • высокую точность регулирования значения напряжения;
  • высокую перегрузочную способность стабилизатора;
  • способность эффективной работы стабилизатора сетевого напряжения в условиях высоких реактивных токов;
  • большой диапазон регулирования напряжения, возможность работы с низкими и высокими входными напряжениями.

К недостаткам электромеханических стабилизаторов напряжения можно отнести:

  • низкую скорость срабатывания стабилизатора;
  • возможность некорректного снижения или повышения напряжения в случае быстрых изменений значения входного напряжения;
  • низкая надёжность конструкции стабилизатора и маленький срок эксплуатации;
  • генерирование электрических помех при перемещении подвижного контакта по обмоткам трансформатора;
  • наличие искрения, невозможность использования в опасных средах;
  • высокая аварийность работы стабилизатора напряжения.

Симисторно-релейный гибридные стабилизаторы

Вторым распространенным типом гибридных стабилизаторов, являются стабилизаторы напряжения симисторно-релейного типа. Яркие примеры таких гибридных моделей это — Вольт engineering Гибрид  или Элекс Гибрид.

Как вы понимаете, в таком гибридном стабилизаторе используются элементы релейного и симисторного стабилизатора.

Зачем же это сделано и какое преимущество у такого стабилизатора мы сейчас рассмотрим.

По большей части это обычный релейный стабилизатор, который мы уже достаточно подробно со всех сторон изучили и рассмотрели, главная же его особенность – которая и делает его гибридным, наличие в цепи коммутации резисторов и симисторов.

Схема работы такого гибридного стабилизатора достаточно проста, она решает один из самых значимых недостатков чисто релейных моделей, а именно выход из строя механических реле, ведь они, как вы знаете, одни из самых слабых звеньев в цепи релейного стабилизатора, их контакты от частых переключений повреждаются, обгорают и реле выходят из строя.

В гибридных моделях симисторно-релейного типа присутствует система защиты контактов силовых реле. Работает она так: в момент переключения реле, при смене режима, выходное напряжение и ток нагрузки перенаправляется через защитные резисторы и симисторы, что оберегает контакты реле и позволяет им проработать весь заявленный срок службы.

Когда лучше купить именно гибридный симисторно-гибридный стабилизатор?

Как вы понимаете никаких других отличий между чисто релейными и гибридными симиторно-релейными стабилизаторами напряжения, кроме заявленной более долгой службы силовых реле нет.

При этом, разница в стоимости между аналогичными по характеристикам релейной и гибридной (симисторно-релейной) моделями составляет не менее 50%, а в некоторых случаях достигает и 100%. Другими словами, можно купить два обычных релейных стабилизатора, по стоимости одного гибридного.

В целом, если напряжение у вас в квартире или доме постоянно скачет, смысл в покупке гибридной модели есть, но опять же, если немного добавить в среднем 10-20%, можно рассмотреть уже чисто симисторную модель, лишенную многих недостатков как просто релейных, так и гибридных – симисторно-релейных моделей стабилизаторов.

Недостатки приспособления

Несмотря на ряд преимуществ и положительных качеств устройства, даже однофазные инверторные стабилизаторы имеют свои недостатки. Основная проблема — это стоимость. Любой прибор такого типа будет стоить намного больше, чем устройства с аналогичными параметрами, но другого типа. Второй недостаток, о котором множество производителей обычно просто умалчивает, это уменьшение такого параметра, как диапазон входных вольт. Чем мощнее приборы, которые подключены к сети с таким стабилизатором, тем меньше будет данный диапазон.

Чтобы было проще понять, можно описать это в цифрах. Если все приборы, подключенные к сети, составят менее 50 % нагрузки, то диапазон будет 115-300 В, как было описано ранее. Если нагрузка увеличится до 50-70 % от максимальной, то диапазон станет равен 140-300 В. Если же превысить нагрузку в 70 % от максимальной, то стабилизатор инверторного типа будет способен выравнивать напряжение лишь в пределах от 160 до 300 В.

Конструкция и Элементная база

АвтотрансформаторЭто вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую. За счёт чего у них не только магнитная связь, но и электрическая. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные электрические напряжения.

Микропроцессорное управление Посредством команд микропроцессора осуществляется управление работой электронных ключей автотрансформатора.

Симисторные ключи (тиристорные ключи)Силовые электронные элементы, позволяющие осуществлять переключение между обмотками автотрансформатора с большой силой тока.

СервоприводУправляющий механизм, обеспечивающий совершение определенных механических действий посредством работы электропривода.

Сальниковые вводы (гермовводы)Отверстия с резиновыми уплотнениями, зажимаемыми накидной гайкой, обеспечивающие герметичный ввод проводов в корпус прибора.

Гальваническая развязкаПередача энергии или информационного сигнала между электрическими цепями, не имеющими непосредственного электрического контакта между ними за счет электромагнитной индукции.

Устройство сопряженияУстройство, устраняющее проблемы с некачественным (или отсутствующим) заземлением, которые порождают  паразитные токи, наводки. Позволяет адаптировать автоматику газового котла для работы с автономными генераторами и со старыми сетями без заземления.

Релейный стабилизатор

Этот стабилизатор относится к трансформаторному типу. Основным элементом устройства является тороидальный трансформатор, который иногда называется катушкой вольтодобавки. Этот узел представляет собой металлический сердечник из стали или пермаллоя, на который намотана катушка из медного провода, достаточно большого диаметра. Конструктивно катушка разделена на отдельные сегменты, каждый из которых имеет отвод.

Релейный стабилизатор напряжения работает следующим образом. Пока напряжение сети соответствует номиналу и находится в допустимых пределах, оно передаётся потребителю напрямую. Как только плата управления зафиксирует отклонение напряжения, она подключает реле, которое изменяет коэффициент трансформации, подключая соответствующие секции. В результате, напряжение на выходе устройства, всегда находится в допуске.

Характеристики и сфера применения

Релейный стабилизатор обладает целым рядом преимуществ, которыми определяется его большая популярность:

  • Низкая стоимость
  • Работа в широком диапазоне нагрузок
  • Устойчивость к перегрузкам
  • Хорошая форма напряжения на выходе

Некоторые модели релейных стабилизаторов могут стоить в диапазоне 1500-2000 рублей. Это намного дешевле стоимости стабилизаторов другого типа. Работа данного устройства мало зависит от величины нагрузки. Стабилизатор этого типа способен выдерживать даже двукратные перегрузки, правда в течение непродолжительного времени.

Определённые недостатки в некоторых случаях могут ограничивать применение этого устройства:

  • Невысокая надёжность
  • Большая погрешность
  • Режим мерцания

Надёжность стабилизатора определяется сроком службы реле, контакты которых подгорают, что  требует их замены. В отдельных случаях погрешность напряжения на выходе может превышать 10%.

В момент переключения реле, на 15-20 мс происходит обрыв фазы, что вызывает мерцание осветительных приборов и другие неприятные вещи, связанные с эксплуатацией бытовой электронной аппаратуры.

В целом, каких либо ограничений на использование релейного стабилизатора нет, за исключением невысокой точности и прерывистого режима работы.

Условия использования

Стоит сказать о том, что инверторные стабилизаторы напряжения достаточно неприхотливы к среде своей работы. Это лучше всего заметно на таких параметрах, как окружающая температура и влажность. Множество моделей способно без проблем функционировать при температурном диапазоне от -40 до +40 градусов по Цельсию. Уровень влажности не должен превышать отметку в 95 % процентов. Естественно, что во время работы стабилизатор не должен соприкасаться с водой. Также нужно следить, чтобы она не попала вовнутрь, как и горюче-смазочные материалы. Стоит отметить, что появление конденсата внутри может вывести прибор из строя, а потом стоит следить за разницей температур. Если он все же начал появляться, то прибор стоит отключить до тех пор, пока влага не испарится.

Плюсы и минусы

Применение инверторной технологии позволило кардинально снизить вес и габариты стабилизирующих устройств. Главным образом это произошло за счёт отсутствия в инверторных схемах трансформаторов, являющихся самой тяжёлой и объёмной деталью приборов предыдущего поколения.

Инверторные стабилизирующие приборы превосходят все предыдущие модели, почти по всем основным показателям:

  • самый широкий диапазон регулирования напряжения (от 90 до 310 Вольт);
  • мгновенная реакция на любые скачки питающего сетевого напряжения (задержка 0 мс — без аналогов);
  • идеальное качество выходного напряжения (выпрямляет синус — без аналогов);
  • самый маленький вес и габариты приборов (у других есть трансформатор, он самый тяжелый из компонентов).

Данный прибор идеален для газового котла, так как тому критичен чистый синус, а инвертор выдает его в идеальном виде (при этом инвертора нет в других видах стабилизаторов).

К недостаткам можно отнести высокую цену, а так же возможное гудение у некоторых производителей, что, скорее всего, связано с экономией на компонентах. Если вам это мешает, то такой товар можно вернуть в течение 14 дней почти у всех продавцов.

Штиль Инстаб

Читайте по теме: полный обзор Штиль Инстаб + видео работы.

Вентиляторы охлаждения стабилизатора могут создавать некоторый шум при своей работе, что не делает его полностью бесшумным при эксплуатации.

И ещё, инверторные стабилизаторы критичны к качеству применяемых электронных компонентов и их монтажу. Плохое крепление транзистора к радиатору может вызвать быстрый его перегрев, и выход из строя всего прибора.

Стоимость хоть и не маленькая, но СтабЭксперт.ру считает, что постоянное совершенствование технологий производства основных электронных компонентов и увеличение их массового выпуска, безусловно, должны привести к удешевлению конечного продукта.

Ссылка на основную публикацию