Инверторный стабилизатор напряжения: устройство и принцип действия, преимущества

Особенности эксплуатации

Для продления срока службы дорогостоящего устройства важно соблюдать условия, которые указаны производителем в руководстве по эксплуатации. Основные требования, соблюдение которых необходимо при работе, для изделий подобного типа одинаковы:

Нагрузка сети не превышает рабочую норму устройства в течение длительного времени. Из-за постоянных нарушений этого требования срок службы изделия уменьшается, а кратковременное, но значительное превышение способно сжечь электрическую плату, если стабилизатор не защищён от КЗ.
Влажность в помещении не превышает 40%. Кроме этого, в комнате не должно быть грязно и пыльно, так как в крупных стабилизирующих системах используются вентиляторы для охлаждения работающих частей.
В помещении размещена вентиляция, иначе вентиляторы будут гонять горячий воздух, ещё сильнее нагревая его.
Соответствие температурного режима. В среднем, качественные изделия имеют рабочую температуру от —10 (—15 у некоторых) до +30—40 °C.

Преимущества инверторного стабилизатора

Если вы планируете приобрести инверторные стабилизаторы, тогда вам следует помнить, что этот вид техники считается хорошим. К его преимуществам можно отнести:

Широкий спектр напряжения.
Практически постоянное соблюдение стабильного параметра напряжения на выходе.
Его работа осуществляется бесшумно. Это стало возможным благодаря использованию инвертора.
Прибор имеет небольшой вес, так как из конструкции был убран автоматический трансформатор.
Высокое КПД.
Скорость регулировки тока находится на высоком уровне.

Как видите, преимущества можно считать достаточно весомыми. Их вы точно не встретите в других стабилизаторах. Перед покупкой изучите все виды однофазных стабилизаторов.

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.

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.

Принцип работы инверторного стабилизатора

Инверторный стабилизатор – это оборудование, которое позволяет получить стабильное напряжение питания подключаемой к нему нагрузки. Он основан на принципе инвертирования напряжения переменного тока в постоянное.

Инверторный стабилизатор содержит в себе свой собственный источник электроэнергии, который подключается к электрической сети. При этом, сначала входное напряжение тока переменного тока преобразуется в постоянный с помощью диодного моста, затем ищет обработку от командного устройства.

Далее, микросхема инвертирует постоянный ток, преобразуя его в переменный через выходной трансформатор. Напряжение переменного тока оказывается увеличенным или уменьшенным от оригинала в зависимости от режима работы стабилизатора.

Наконец, напряжение питания проходит фильтрацию и подается на нагрузку в виде стабильного напряжения постоянного тока. При этом, инверторный стабилизатор быстро отреагирует на возможные изменения во входном напряжении и подстроится под необходимую выходную мощность, всегда сохраняя необходимую стабильность выходного напряжения.

Инверторный стабилизаторы используются для электропитания чувствительных устройств, например, компьютеров, электронных весов, лабораторных приборов, купить инверторный стабилизатор можете в любом магазине электротоваров.

ИНВЕРТОРНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Развитие инверторной технологии привело к созданию стабилизирующих устройств принципиально нового вида. Инверторные стабилизаторы являются приборами двойного преобразования.

Принцип работы.

Сетевое напряжение, поступающее на вход стабилизатора, проходит через фильтр, задерживающий высокочастотные помехи и поступает на выпрямитель. Для сглаживания пульсаций, после выпрямителя устанавливается конденсатор большой ёмкости, который одновременно является накопителем энергии.

После этого выпрямленный сигнал поступает на инвертор, являющийся основной частью схемы. После инвертирования постоянного сигнала генерируется переменное синусоидальное напряжение заданной амплитуды.

Основными элементами инвертора являются IGBT – транзисторы, работа которых управляется микропроцессорным контроллером.

Стабилизатор инверторного типа не производит регулирования выходного сигнала в зависимости от уровня входного, он просто создает выходной сигнал требуемого вида и амплитуды.

Инверторные приборы превосходят стабилизаторы другого вида по всем основным техническим характеристикам:

точности стабилизации, обычно не превышающей 1%;
диапазону изменения напряжения на входе;
скорости реагирования на изменение параметров сетевого питания.

Иногда приходится сталкиваться с вопросами такого свойства: сетевой фильтр или стабилизатор напряжения, что лучше? Теперь, ознакомившись с принципами работы и параметрами основных типов стабилизаторов, каждому станет ясно, что такая постановка вопроса совершенно неправомерна.

Сетевой фильтр – это обычно набор нескольких пассивных элементов (конденсаторов и дросселей), служащих для защиты от высокочастотных помех, поступающих из сети.

То есть, сетевой фильтр не производит процесс стабилизации и не защищает оборудование от опасных скачков сетевого напряжения.

* * *

Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Достоинства бытового выпрямителя

По конструкции и принципу действия стабилизатор с двойным преобразованием имеет ряд положительных свойств. Бытовой инвертор обладает следующими качествами, влияющими на производительность прибора:

Расширенный показатель входного напряжения в пределах 115−300.
Стабилизация выходного напряжения до 220 V в случае резкого скачка ток.
Низкий порог шума при работе прибора.
Компактные габариты корпуса и небольшая масса.
Фильтрация высокочастотных помех и выбросов.
КПД > 90%.
Низкая точность нормализации входного напряжения.
Оперативное регулирование силы электротока.
Неприхотливость к обслуживанию и условию эксплуатации.

Условия работы прибора

В процессе преобразования тока необходимо защитить прибор от влаги, пыли, перегрева и механических повреждений. Устройство нельзя включать в работу, если в корпусе возникло образование конденсата от перепада температуры окружающей среды, для защиты стабилизатора от короткого замыкания необходимо дождаться полного испарения влаги с внутренних элементов оборудования.

Сделанный выпрямитель тока, изготовленный своими руками в частной мастерской, может эксплуатироваться только в сухих помещениях, где отсутствуют грызуны, насекомые, взрывоопасные и горючие материалы. Для стабилизации частоты колебания тока прибор должен устанавливаться на открытом пространстве, на расстоянии не менее 50 мм от стены, использоваться нулевой или фазный кабель.

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.

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

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.

Высокая точность и стабильность напряжения

Инверторный стабилизатор предоставляет высокую точность и стабильность напряжения благодаря использованию современных технологий и компонентов.

Один из основных элементов инверторного стабилизатора — инвертор, который отвечает за преобразование постоянного тока в переменный. Использование инвертора позволяет инверторному стабилизатору обеспечивать высокую точность и стабильность выходного напряжения.

Инверторный стабилизатор также оснащен микропроцессором, который непрерывно контролирует и регулирует выходное напряжение. Микропроцессор анализирует входное напряжение, сравнивает его с заданными значениями и корректирует работу устройства для достижения необходимой стабильности.

Благодаря обратной связи и контролю, инверторный стабилизатор мгновенно реагирует на любые колебания входного напряжения и моментально подстраивается для обеспечения стабильного и точного выходного напряжения

Это особенно важно при работе с чувствительными электронными приборами, которые могут быть повреждены в случае нестабильного питания

Преимущества высокой точности и стабильности напряжения включают в себя:

Защиту электронных приборов от повреждений, вызванных колебаниями напряжения;
Повышение надежности и долговечности электронной техники;
Повышение качества работы электронных приборов и систем;
Увеличение срока службы электронных компонентов;
Предотвращение потерь данных и информации;
Снижение расходов на ремонт и замену поврежденных приборов.

Инверторный стабилизатор обеспечивает высокую точность и стабильность напряжения, что делает его незаменимым инструментом для защиты и оптимизации работы электронной техники в различных сферах жизни и деятельности.

Советы по эксплуатации

Безусловно, такие дорогостоящие изделия требуют определённого ухода. Поэтому тем, кто недавно приобрёл инверторные стабилизаторы, рекомендуется запомнить несколько советов по использованию:

Не стоит опасаться высокой и низкой температуры. Подобные устройства отлично себя чувствуют при низкой (от -40 °C) и высокой (до +40°C) температуре.
Чем меньше влажность, тем лучше. Стабилизаторы могут работать даже при критическом уровне влажности (95 %), однако их эффективность при этом снижается.
Не стоит устраивать «водные процедуры». Инверторные аппараты боятся воды и горюче-смазочных материалов. Поэтому, если на устройство всё же попала жидкость, его необходимо просушить. Аналогичная ситуация обстоит и с конденсатом.
Электроопасность. Во время работы конденсатор накапливает в себе ток. Поэтому при ремонте устройства не следует прикасаться голыми руками к этому компоненту. Кроме того, стабилизатор необходимо устанавливать в помещении, где отсутствуют контакты со взрывоопасными веществами.
Вентиляция. Важный момент — обеспечить устройство доступом к свежему воздуху. Поэтому рекомендуется устанавливать стабилизатор на расстоянии 5-10 см от других предметов.
Своевременное техническое обслуживание. Инверторные изделия время от времени необходимо разбирать, чистить от пыли и проверять контакты внутренних компонентов.

Инверторные стабилизаторы имеют существенные отличия от электрических, симисторных или релейных собратьев. Главное различие между этими изделиями заключается в качестве работы и стоимости устройства. Тем не менее используя инверторные разновидности можно не беспокоиться о том, насколько эффективно работает стабилизатор.

Инверторные стабилизаторы и их строение

В последнее время эти стабилизаторы считаются лидерами. Их принцип работы отличается от других устройств и благодаря этому они считаются полноценными лидерами. Инвертор, который входит в их конструкцию может состоять:

Входных фильтров.
Выпрямителя коэффициента мощности.
Конденсаторов.
Преобразования постоянного напряжения.
Микроконтроллера.

Выпрямитель и преобразователь в этом устройстве выполняют функцию инверторов. Именно инверторы построены на основе транзисторов. Транзисторы в этом стабилизаторе способны контролировать высокие токи и уменьшать их. Если вы не знаете, зачем нужен стабилизатор, тогда прочтите соответствующую статью.

Условия эксплуатации

Если вы планируете приобрести этот прибор, тогда вам следует помнить, что он нечувствителен к условиям. Многие модели инверторных стабилизаторов могут работать при температуре не ниже – 40 и не выше +40 градусов. Уровень влажности не должен превышать 95%. Во время его эксплуатации вам необходимо помнить, что на него не должны попадать смазочные материалы.

Производители не рекомендуют устанавливать многие модели на открытых участках. Также после установки вам следует убедиться в том, что воздух будет свободно поступать к устройству. Пространство от всех стенок стабилизатора должно составлять не менее 5 сантиметров.

Чтобы ваше устройство прослужило длительное время вам необходимо проводить его регулярный осмотр

Во время проверки вам следует обратить свое внимание на клеммы. Если они ослабнут, тогда их необходимо будет подкрутить

Также вам следует проводить регулярную очистку отверстий инверторного стабилизатора от пыли.

Инверторные стабилизаторы напряжения для газовых котлов

Инверторные стабилизаторы напряжения имеют свои особенности.

Устройство

Верное название этого вида устройств: стабилизаторы двойного преобразования. Первое преобразование — переменный ток в постоянный.

Второе: постоянный в переменный — из-за чего и возникло ещё одно наименование: инверторный стабилизатор.

На первом этапе трансформации нестабильный ток из сети поступает в выпрямитель и мощностной корректор устройства, где фильтруется и стабилизируется, после чего скапливается на пластинах большого числа конденсаторов.

Для стабильной и долгой работы котла нужен переменный ток с точной синусоидальной характеристикой — чем равномернее перепады от минимума к максимуму тока, тем лучше для дорогостоящего электрооснащения котла.

Идеальную синусоиду этот тип стабилизаторов даёт за счёт использования инвертора.

Заряд с конденсаторов (уже в виде постоянного тока) после первого этапа преобразования переходит сюда, где снова трансформируется — обратно в переменный ток с постоянной частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

Такая точность обеспечивается благодаря использованию кварцевого генератора. После двух этапов стабильный переменный ток с чёткими синусоидальными перепадами подаётся для питания отопительного котла.

Важно! Производитель может отказать в гарантийном ремонте котла, если электропитание подавалось к последнему напрямую — без использования стабилизатора

Характеристики

Мощность — основной показатель, от которого зависит эффективность работы стабилизатора. Чем больше электроэнергии потребляет газовый котёл, тем выше требуется уровень мощности стабилизирующей системы. На рынке представлены модели от 0,5 до 3,5 кВт.
Скорость реагирования. Подразумевается реакция на изменение уровня напряжения в сети. Чем быстрее устройство распознает скачок, тем меньше искривиться ток. Поскольку в инверторных стабилизаторах скорость реагирования мгновенная и ток проходит два этапа преобразования, котёл полностью защищён от перепадов напряжения.
Уровни защиты. Все стабилизирующие системы двойного преобразования защищены от короткого замыкания, неправильного подключения (неверной полярности) и переразряда батареи АКБ.
Вес. Тяжёлые изделия лучше не крепить к стене, поскольку они вряд ли выдержат падение с неё в случае плохого монтажа. Для этого стабилизирующие системы специально выпускают с ножками для горизонтальной установки.

Фото 1. Инверторный стабилизатор напряжения от производителя Штиль. Прибор достаточно большого размера, обычно устанавливается на пол.

Граница регулирования. От этой характеристики зависит градация мощности, необходимой для поддержания стабильной работы котла.

Внимание! Мощные стабилизаторы (на 2,5—3,5 кВт) нельзя использовать совместно с малыми котлами, поскольку нижние границы регулирования первых будут превышать необходимое значение мощности у котлов

Преимущества и недостатки

Единственный минус, присущий этому виду стабилизаторов — высокая стоимость, доходящая до цены среднего котла: около 50 000 рублей за крупный и мощный выпрямитель напряжения.

Но преимущества, которые получает домовладелец с приобретением этого изделия, перекрывают этот единственный, но порой существенный недостаток:

Мгновенная реакция на колебания напряжения. Она не может быть равна 0 мс, но в данных моделях близка к таковому значению — 5—6 мс.
На выходе сигнал имеет форму идеальной синусоиды, что значительно продлевает срок службы отопительного котла, а сама стабилизация происходит постоянно благодаря двойной трансформации тока.
На входе напряжение может быть как и относительно низкое — 90—100 В, так и высокое — 220—310 В. На выходе сигнал получается равномерного уровня напряжения, необходимого для конкретной модели котла (домовладелец сам регулирует это значение).
При соблюдении условий эксплуатации стабилизатор может служить 10—15 лет, что соответствует среднему сроку службы у отопительного котла.

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.

Особенности подключения

Если вы планируете выполнить подключение инверторного стабилизатора, тогда эту работу лучше всего доверить специалистам. Они смогут быстро и качественно выполнить все этапы работ. Если вы планируете выполнить монтаж инверторного стабилизатора самостоятельно, тогда помните, что перед выполнением работ необходимо отключить электричество.

Большинство моделей можно подключить с помощью клемм. Сначала необходимо выполнить подключение входных проводов. Сечение проводов, которые вы планируете подключать, не должно быть меньше 2.5 мм. Это основные рекомендации, которые необходимо выполнить во время подключения.

Инверторные стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием для дома