Недостатки инверторных стабилизаторов напряжения

Обзор инверторных стабилизаторов напряжения

Инверторные стабилизаторы напряжения сейчас на пике популярности, кто их производит, как они работают, и какие имеют достоинства и недостатки, расскажет СтабЭксперт.ру.

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.

Сравнение представителей, цены у дилеров

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.

Несмотря на то, что транзисторы установлены на радиаторах, при длительной работе и транзисторы, и радиаторы сильно нагреваются. Поэтому во многих инверторных стабилизаторах дополнительно ставят небольшие вентиляторы для охлаждения, как на персональных компьютерах. Этому типу стабилизаторов необходимо обеспечивать хорошую вентиляцию, и при установке не закрывать вентиляционные отверстия. Иначе, при перегреве будет срабатывать защита, и отключать весь стабилизатор, что будет обесточивать всю подключённую к нему нагрузку. А при длительных сильных перегревах, или выходе из строя вентиляторов охлаждения могут выйти из строя и сами транзисторы, или электросхемы. Что приведёт к последующему дорогостоящему ремонту. Но производители, например Штиль Инстаб, дают 2 года гарантии на всю линейку приборов, косвенно это говорит о том, что компоненты проверены и работа стабильна. К слову срок эксплуатации от 10 лет (зависит от индивидуальных условий).

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.

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.

Источник

Инверторный стабилизатор напряжения для дома — особенности, преимущества и критерии выбора

Опубликовано Артём в 12.01.2020 12.01.2020

Инверторные стабилизаторы напряжения сейчас на пике популярности, кто их производит, как они работают, и какие имеют достоинства и недостатки, расскажем дальше.

Самое высокое качество напряжения

Основное отличие инверторных моделей — мгновенная и точная регулировка входного напряжения, отсутствие трансформатора, подвижных элементов и необходимости в анализе напряжения. Переменный ток преобразуется в постоянный, а затем снова в переменный — происходит двойное преобразование. Подкупает потребителей и невероятно широкий рабочий диапазон стабилизации, компактность и чистая синусоида выходного сигнала.
Даже если входное напряжение будет на уровне 100 или 300 вольт, то на выходе — стабильные 220 вольт со средней погрешностью в 1%. Такого не может обеспечить ни один тип современных стабилизаторов. Даже, если взять самые крутые релейные или тиристорные модели. При таком уровне входного напряжения погрешность стабилизации будет в разы больше, достигая критической отметки в 10%, допустимой по ГОСТу.

Устройство и принцип действия электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор обычно состоит из следующих компонентов:

измерителей входного и выходного напряжения;
управляющей микросхемы, которая анализирует данные от измерителей и при необходимости включает процесс преобразования напряжения;
трансформатора с возможностью переключения обмоток для регулировки напряжения;
блока электронных ключей (тиристоров или симисторов), который управляет переключением обмоток.

Принцип действия электронного стабилизатора может быть описан следующим образом:

при изменении напряжения в питающей сети фиксируется разница между фактическим и номинальным его значением. Управляющий микропроцессор подает сигнал на включение определенного силового ключа, коммутирующего именно ту секцию обмотки трансформатора, коэффициент трансформации которой обеспечит наиболее приближенное к номиналу значение выходного напряжения.

Таким образом, принцип действия электронных стабилизаторов во многом схож с работой устройств релейного типа. Если в последних коммутация необходимых обмоток автотрансформатора осуществляется при помощи электромеханических реле, то в электронных устройствах вместо них используются отличающиеся гораздо более высоким быстродействием силовые полупроводниковые ключи — тиристоры или симисторы.

Также конструкция электронного стабилизатора предусматривает работу в режиме «байпас» – когда сетевое напряжение находится в пределах нормы, электричество направляется в обход трансформатора и непосредственно подается потребителю.

Таким образом, питание электроприборов через электронный стабилизатор напряжения осуществляется следующим образом:

Если параметры электротока соответствуют нормативным, он проходит через байпас, не нагружая основные цепи стабилизатора.
Если происходит падение или возрастание напряжения, измеритель на входе стабилизатора фиксирует это изменение.
Управляющая микросхема стабилизатора отдает соответствующую команду и срабатывает блок электронных ключей.
В цепь включаются обмотки трансформатора, которые осуществляют преобразование напряжений до нужного уровня.

В чем разница между симисторным и тиристорным стабилизатором?

Электронные стабилизаторы могут строиться на основе тиристоров или симисторов.

Он пропускает ток только в одном направлении и имеет два состояния — «открыто» или «закрыто». Ими можно управлять с помощью подачи импульса на один из входов.

Технические особенности инверторного стабилизатора

Инверторный стабилизатор напряжения выполнен без применения силовых трансформаторов и электромагнитных реле, которые используются в источниках питания другого типа.

В инверторном стабилизаторе выполняются два процесса:

Преобразование переменного тока в постоянный;
Обратное преобразование.

Отсутствие электромеханических узлов повышает надёжность стабилизатора и обеспечивает отличные выходные характеристики. Подобный стабилизатор не требует технического обслуживания и корректно работает в широком диапазоне напряжения на входе.

Схема устройства состоит из следующих электронных блоков:

Входной L/C фильтр;
Диодный выпрямитель;
Корректор коэффициента мощности;
Блок конденсаторов;
Инвертор-преобразователь;
Микропроцессор.

Напряжение сети поступает на пассивный сетевой фильтр, выполненный на конденсаторах и катушках индуктивности. Он сглаживает пиковые выбросы сетевого напряжения и практически полностью убирает высокочастотные помехи. Затем напряжение попадает на выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный, где приобретает вид чистой синусоиды. Далее включается корректор коэффициента мощности, который равномернее отбирает мощность от сети и снижает значение потребляемого тока.

Часть напряжения поступает на блок конденсаторов. Конденсаторы накапливают энергию, которая аккумулируется в них при больших величинах входного напряжения и отдают её в линию, когда возникает её недостаток.

В конечном итоге энергия поступает к инвертору, который делает всю оставшуюся работу – преобразует постоянное напряжение обратно в переменное, и делает его синусоидальным. При этом на выходе мы получаем стабильную частоту в 50 Гц, и рабочее напряжение 220 Вольт.

Именно из-за двух ступеней преобразования и наличию инверторов данные стабилизаторы и получили название «инверторные» или «стабилизаторы двойного преобразования».

Особенности стабилизатора напряжения с двойным преобразованием:

Инвертор осуществляет преобразование постоянного напряжения в переменное. Он собран на MOSFET или IGBT полупроводниковых приборах, смонтированных на радиаторах;
Управление работой инвертора может осуществляться с помощью ШИМ-контроллера;
Инверторные стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием имеют защиту нагрузки и самого стабилизатора от больших выбросов напряжения сети;
Управление функциями элементов инверторного стабилизатора выполняет микроконтроллер;
Кварцевый тактовый генератор обеспечивает высокое качество напряжения на выходе устройства.

Технические решения, применяемые в инверторных стабилизаторах, позволяют получить на выходе номинальное напряжение, необходимое для питания различных потребителей, с отклонением не более 1%. Инверторный стабилизатор напряжения является единственным устройством подобного типа, которое жёстко контролирует частоту.

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.

Бытовой стабилизатор

Группа компаний «Штиль», которая уже более 25 лет считается одним из лидеров в производстве систем электропитания, предлагает линейку бытовых стабилизаторов двойного преобразования. Инверторный стабилизатор напряжения «Штиль» отлично подойдёт для квартиры или небольшого дома. Ряд стабилизаторов включает в себя модели с мощностью 500, 1000, 1500 и 3500 В/А. Выходное напряжение имеет синусоидальную форму, а точность установки составляет 220 ± 2%. Стабилизаторы уверенно работают при колебаниях сетевого напряжения от 90 до 300 вольт, и имеют защиту от перегрузки. Все модели, кроме стабилизатора 500В/А оборудованы жидкокристаллическим дисплеем, на который выводятся все нужные параметры.

Сферы применения электронных стабилизаторов напряжения

Такие преимущества электронных стабилизаторов перед релейными устройствами, как более высокая скорость и точность регулирования напряжения, бесшумность в работе, надежность и длительность ресурса работы, благодаря отсутствию механических элементов коммутации, обеспечивают их широкое применение в домашних условиях для защиты бытовой нагрузки, не имеющей в своем составе электромоторов, например, телевизионной и кухонной техники, а также приборов освещения.

Серьезным ограничением области применения электронных стабилизаторов является отличие формы выходного напряжения от синусоидальной, а также недостаточно высокая точность стабилизации.

Крайне не рекомендуется подключать высокоточное чувствительное оборудование к электронным стабилизаторам. Например, определенные проблемы могут возникнуть при работе с:

устройствами, в составе которых есть электродвигатель (насосами, системами отопления) – выходное напряжение стабилизатора, имеющее неправильную форму кривой, может привести к выходу двигателя из строя;
профессиональным аудио- и видеооборудованием – помехи, создаваемые при ступенчатом переключении, отрицательно скажутся на качестве картинки и звука;
компьютерной техникой – точности, которую дает ступенчатая регулировка напряжения, может оказаться недостаточно.

Таким образом, полностью обеспечить электропитание загородного дома или коттеджа с помощью электронного стабилизатора не получится, поскольку через него нельзя будет запитать часть чувствительного оборудования с электродвигателями, например, насосы системы водоснабжения.

Советы по эксплуатации

Хотя нормализатор и обладает довольно неприхотливыми качествами, всё же стоит прислушаться к полезным советам, чтобы устройство не вышло из строя:

влажность в помещении не должна превышать 95%;
не допускать попадания воды и появления внутри корпуса конденсата;
не устанавливать во взрывоопасных, запылённых помещениях, где водятся насекомые и грызуны;
не устанавливать на открытых площадках;
не накрывать устройство и обеспечить хорошую вентиляцию;
проводить регулярное техническое обслуживание;
выполнять очистку в выключенном состоянии, с помощью пылесоса.

Лучшие из лучших инверторные стабилизаторы «Штиль»

Инверторные стабилизаторы напряжения с мгновенной реакцией на изменение параметров сети Штиль r 500i, Штиль r 1000i, Штиль r 1500i, Штиль r 3500i – это инновационное техническое решение, обеспечивающее беспрецедентную защиту оборудования, недостижимую при использовании других типов стабилизаторов.

Только такие инверторные стабилизаторы гарантируют на 100% защиту всем дорогим электрическим приборам, в том числе современным отопительным котлам для дома.

Критерии выбора электронного стабилизатора

При выборе электронного стабилизатора следует руководствоваться следующими техническими характеристиками устройства.

Инверторный стабилизатор напряжения как альтернатива электронным стабилизаторам

В связи с описанными выше недостатками электронные стабилизаторы постепенно уходят в прошлое. Они стоят дороже, чем релейные приборы, но при этом все равно не обеспечивают достаточной точности и качества выходного напряжения. В качестве альтернативы для бытового использования многие все чаще используют инверторные стабилизаторы. В них применяется более современный метод преобразования, который позволяет избавиться от недостатков, свойственных устройствам на симисторах и тиристорах.

В инверторном стабилизаторе напряжение, поступающий на вход, преобразуется в постоянное, а затем снова в переменное, но уже с нужными параметрами. Благодаря этому обеспечивается форма идеальной синусоиды и достигается высокая точность стабилизации (2 %).

Инверторные стабилизаторы работают практически бесшумно и имеют полный набор защит: от перегрузок, перегрева, коротких замыканий, аварий в сети. Они являются оптимальным вариантом, если нужно обеспечить питание дорогостоящих устройств, чувствительных к перебоям в электропитании — компьютерной техники, систем отопления, котлов с электронным управлением, систем безопасности загородного дома.

Купив инверторный стабилизатор, вы сможете обеспечить надежную подачу электроэнергии на все электроприборы, которые используются в доме: от мелкой бытовой техники до систем водоснабжения и отопления. Технические особенности инверторного стабилизатора делают его сферу применения намного шире, чем у электронных моделей.

Видео

Кол-во блоков: 21 | Общее кол-во символов: 19176
Количество использованных доноров: 8
Информация по каждому донору:

Источник