Инверторный стабилизатор напряжения

Особенности устройства

Если подвести промежуточные итоги, то можно смело сказать, что инверторный стабилизатор на 220 В кардинально отличается от электромеханических, релейных или симисторных стабилизаторов. Основное отличие заключается в том, что в составе отсутствует такой элемент, как автоматический трансформатор. Можно также сравнить процесс двойного преобразования, который осуществляет инвертор, и переключения обмотки трансформатора у остальных видов. Преобразование в два этапа получается гораздо эффективнее, что и делает инвертор более прогрессивным и лучшим среди других приборов.

Стоит сказать и о том, что любые скачки напряжения, которые возможны на входе в инверторные стабилизаторы для дома, нивелируются при помощи конденсатора, входящего в состав аппарата. Это благодаря тому что в данном элементе энергия способна накапливаться и после этого передаваться в виде стабильного переменного тока.

Лучшие стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием

Такие устройства широко известны, как инверторы, которые эффективны, в частности, потому, что позволяют накапливать электроэнергию для более стабильной работы приборов. Перед добавлением конкретного товара в рейтинг, мы изучили 10 различных товаров.

Штиль IS1000

Это лучший стабилизатор напряжения 220В для дома по точности работы, которая здесь составляет 98%. Соответственно, погрешность в нормализации питания не превышает 2%, что позволяет гарантировать надежную работу электроприборов даже высокой мощности. Тут имеется трансформатор удобной формы, плоский, который можно легко вешать на стену, правда, он белый и быстро загрязняется. Кстати, это одна из немногих моделей в рейтинге, у которой есть принудительное охлаждение, что увеличивает срок ее службы.

Штиль IS1000 интересен и тем, что может работать с двумя розетками, и это делает его универсальным. Но тут есть некоторые ограничения по температурному режиму эксплуатации – воздух не должен охлаждаться ниже, чем до +5°C, иначе он рискует выйти из строя. Среди других вариантов в ТОПе его выгодно выделяет и широкий диапазон входного фазного напряжения, в 90-310В, благодаря чему его можно использовать в совершенно разных сетях.

Достоинства

• Риск короткого замыкания почти полностью исключен;
• Надежная защита от повышенного напряжения;
• Не бывает помех;
• Выдерживает перегрузку в течение 5-10 секунд;
• Срок службы – до 20 лет;
• Почти не греется.

Недостатки

Вес в 3 кг.

Какие недостатки есть у стабилизаторов с двойным преобразованием?

Наиболее часто для данных устройств указывают один единственный недостаток – стоимость, которая действительно немного выше, чем у сходных по мощности стабилизаторов других типов. Однако следует понимать, что, покупая качественный инверторный стабилизатор, вы платите за лучшие в своём классе технические характеристики. Бесспорно, можно найти устройство и дешевле, но оно вряд ли обеспечит защиту аналогичного уровня, а на безопасности, как известно, не экономят. К тому же ремонт вышедшей из строя бытовой техники может обойтись намного дороже, чем однократное приобретение инверторного стабилизатора, срок службы которого составляет не менее 10 лет (для моделей «Штиль»).

Иногда, говоря о недостатках инверторных стабилизаторов, упоминают шум, сопровождающий работу системы их принудительного охлаждения. Вращение вентиляторов, действительно, не беззвучно, но их громкость не превышает громкость звука, исходящего, например, от персонального компьютера. В данной ситуации многое зависит от индивидуального восприятия – если подобный уровень шума доставляет дискомфорт, то стабилизатор с вентиляторным охлаждением не стоит размещать в жилой комнате. Тем более существуют инверторные стабилизаторы с естественным (безвентиляторным) охлаждением – их мощности вполне хватит для питания используемых в подобных помещениях электроприборов.

Обратите внимание! Некоторые производители только осваивают производство моделей этого типа и выпускают достаточно «сырые» изделия, имеющие больше недостатков, чем указано в данном разделе!

ÐÑобенноÑÑи ÑÑÑÑойÑÑва

ÐÑли подвеÑÑи пÑомежÑÑоÑнÑе иÑоги, Ñо можно Ñмело ÑказаÑÑ, ÑÑо инвеÑÑоÑнÑй ÑÑабилизаÑÐ¾Ñ Ð½Ð° 220 РкаÑдиналÑно оÑлиÑаеÑÑÑ Ð¾Ñ ÑлекÑÑомеÑаниÑеÑкиÑ, ÑелейнÑÑ Ð¸Ð»Ð¸ ÑимиÑÑоÑнÑÑ ÑÑабилизаÑоÑов. ÐÑновное оÑлиÑие заклÑÑаеÑÑÑ Ð² Ñом, ÑÑо в ÑоÑÑаве оÑÑÑÑÑÑвÑÐµÑ Ñакой ÑлеменÑ, как авÑомаÑиÑеÑкий ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑ. Ðожно Ñакже ÑÑавниÑÑ Ð¿ÑоÑеÑÑ Ð´Ð²Ð¾Ð¹Ð½Ð¾Ð³Ð¾ пÑеобÑазованиÑ, коÑоÑÑй оÑÑÑеÑÑвлÑÐµÑ Ð¸Ð½Ð²ÐµÑÑоÑ, и пеÑеклÑÑÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¾Ð±Ð¼Ð¾Ñки ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑа Ñ Ð¾ÑÑалÑнÑÑ Ð²Ð¸Ð´Ð¾Ð². ÐÑеобÑазование в два ÑÑапа полÑÑаеÑÑÑ Ð³Ð¾Ñаздо ÑÑÑекÑивнее, ÑÑо и Ð´ÐµÐ»Ð°ÐµÑ Ð¸Ð½Ð²ÐµÑÑÐ¾Ñ Ð±Ð¾Ð»ÐµÐµ пÑогÑеÑÑивнÑм и лÑÑÑим ÑÑеди дÑÑÐ³Ð¸Ñ Ð¿ÑибоÑов.

СÑÐ¾Ð¸Ñ ÑказаÑÑ Ð¸ о Ñом, ÑÑо лÑбÑе ÑкаÑки напÑÑжениÑ, коÑоÑÑе Ð²Ð¾Ð·Ð¼Ð¾Ð¶Ð½Ñ Ð½Ð° вÑоде в инвеÑÑоÑнÑе ÑÑабилизаÑоÑÑ Ð´Ð»Ñ Ð´Ð¾Ð¼Ð°, нивелиÑÑÑÑÑÑ Ð¿Ñи помоÑи конденÑаÑоÑа, вÑодÑÑего в ÑоÑÑав аппаÑаÑа. ЭÑо благодаÑÑ ÑÐ¾Ð¼Ñ ÑÑо в данном ÑлеменÑе ÑнеÑÐ³Ð¸Ñ ÑпоÑобна накапливаÑÑÑÑ Ð¸ поÑле ÑÑого пеÑедаваÑÑÑÑ Ð² виде ÑÑабилÑного пеÑеменного Ñока.

Описание и строение инверторного стабилизатора

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.

Собственная потребляемая мощность

Совершенно очевидно, что и тот и другой стабилизаторы будут сами потреблять энергию на обеспечение своей работы.

Классический стабилизатор потребляет энергию на 3 реле, индикацию и контроллер. Общий ток порядка 100мА при напряжении 12В (3 реле: 30мА х3 = 90мА). С учетом потерь на источник питания (умножим на 3) имеем в худшем случае 3,6Вт. Это справедливо для моделей до 1000ВА. Стабилизаторы от 4500ВА до 40000ВА имеют потребляемую мощность 15 – 20Вт.

Собственная мощность инверторных стабилизаторов зависит от полной мощности той или иной модели. Для моделей 350ВА это 25Вт, для 3500ВА – 40Вт, для 12000ВА – 75Вт, для 13500 это уже 150Вт и т.д.

Простой расчет показывает, что инверторный стабилизатор мощностью 350ВА за год «съест» энергии на сумму более 1000 рублей, 12000ВА более 3000 рублей, а 13500 ВА соответственно еще в 2 раза больше, т.е. более 6000 рублей.

По классическим даже мощным моделям эти затраты не превысят 1000 рублей в год.

Принцип работы

Эти устройства имеют достаточно простой принцип работы. ВО время их работы выполняются два основных процесса:

1. Преобразование переменного тока в постоянный.
2. Преобразование постоянного тока в переменный.

Все процессы происходят с помощью выпрямителя и корректора мощности. Этот преобразователь имеет ряд значительных плюсов. К основному относится то, что он способен обеспечить высокий коэффициент мощности. Он практически будет равняться 1. Затем весь ток будет накапливаться в конденсаторах.

Только после этого ток поступит к инвертору, который сделает ток переменным. Управление этим стабилизатором выполняется с помощью микроконтроллера.

ÐпиÑание пÑеимÑÑеÑÑв ÑÑÑÑойÑÑва

ÐоÑле Ñого как бÑли ÑаÑÑмоÑÑÐµÐ½Ñ Ñакие ÑÑапÑ, как пÑинÑип ÑабоÑÑ Ð¸ ÑÑÑÑойÑÑво Ñамого пÑибоÑа, ÑÑÐ¾Ð¸Ñ Ð±Ð¾Ð»ÑÑе Ð²Ð½Ð¸Ð¼Ð°Ð½Ð¸Ñ ÑделиÑÑ ÐµÐ³Ð¾ положиÑелÑнÑм и оÑÑиÑаÑелÑнÑм ÑÑоÑонам. ЧÑо каÑаеÑÑÑ Ð¿Ð»ÑÑов, Ñо они ÑледÑÑÑие:

• СÑабилизаÑÐ¾Ñ Ð¸Ð½Ð²ÐµÑÑоÑного Ñипа Ð¼Ð¾Ð¶ÐµÑ ÑабоÑаÑÑ Ñ ÑиÑоким ÑпекÑÑом напÑÑÐ¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½Ð° вÑоде, Ð¾Ñ 115 до 300 ÐолÑÑ.
• ÐоÑÑоÑнное поддеÑжание ÑÑабилÑного напÑÑжениÑ. ÐдеÑÑ Ð²Ð°Ð¶Ð½Ð¾ добавиÑÑ, ÑÑо даннÑй пÑÐ½ÐºÑ Ð°ÐºÑÑален и Ð´Ð»Ñ Ð¿Ð¾Ð²ÑÑенного напÑÑÐ¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½Ð° вÑоде. ÐÑли вÑодной показаÑÐµÐ»Ñ ÑлиÑком велик, Ñо лиÑнÑÑ ÑаÑÑÑ Ð±ÑÐ´ÐµÑ Ð½Ð°ÐºÐ°Ð¿Ð»Ð¸Ð²Ð°ÑÑÑÑ Ð² конденÑаÑоÑе, а на вÑÑод бÑÐ´ÐµÑ Ð¿Ð¾Ð´Ð°Ð²Ð°ÑÑÑÑ Ñовно ÑÑолÑко, ÑколÑко необÑодимо, ÑÑÐ¾Ð±Ñ Ð¾Ð±ÐµÑпеÑиÑÑ Ð¿Ð¾Ð´Ð´ÐµÑжание 220 Ð.
• Ðо вÑÐµÐ¼Ñ ÑабоÑÑ Ð¿ÑÐ¸Ð±Ð¾Ñ Ð½Ðµ Ð¸Ð·Ð´Ð°ÐµÑ ÑÑма.
• РазмеÑÑ Ð¸ Ð²ÐµÑ Ð´Ð°Ð½Ð½Ð¾Ð³Ð¾ обоÑÑÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð·Ð½Ð°ÑиÑелÑно менÑÑе, Ñем Ñ Ð´ÑÑгиÑ, Ñак как в нем оÑÑÑÑÑÑвÑÐµÑ Ð°Ð²ÑомаÑиÑеÑкий ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑ, коÑоÑÑй заменен на неболÑÑие конденÑаÑоÑÑ, ÑÑанзиÑÑоÑÑ Ð¸ микÑоконÑÑоллеÑ.
• ÐÑÐ¸Ð±Ð¾Ñ Ð¿ÑÐ¾Ð²Ð¾Ð´Ð¸Ñ ÑилÑÑÑаÑÐ¸Ñ Ð²ÑÐµÑ Ð¿Ð¾Ð¼ÐµÑ Ð¸ вÑÑокоÑаÑÑоÑнÑÑ Ð²ÑбÑоÑов, коÑоÑÑе могÑÑ Ð¿Ð¾ÑÑÑпаÑÑ Ð¸Ð· обÑей ÑеÑи.
• ÐоÑÑÑиÑÐ¸ÐµÐ½Ñ Ð¿Ð¾Ð»ÐµÐ·Ð½Ð¾Ð³Ð¾ дейÑÑÐ²Ð¸Ñ Ð½Ð°ÑодиÑÑÑ Ð² пÑÐµÐ´ÐµÐ»Ð°Ñ 90 % и вÑÑе.
• СкоÑоÑÑÑ ÑегÑлиÑÐ¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñока доÑÑаÑоÑно вÑÑокаÑ.

Самодельный аппарат

А какую можно реализовать схему стабилизатора напряжения 220В своими руками? Самый простой вариант стабилизатора состоит из минимального количества комплектующих:

• трансформатор;
• конденсатор;
• диоды;
• резистор;
• провода (для соединения микросхем).

Используя простейшие навыки, собрать устройство не так сложно, как может показаться. Но при наличии старого сварочного аппарата все упрощается, поскольку он практически уже собран. Однако проблема в том, что не у каждого человека найдется такой сварочный аппарата, а поэтому лучше подыскать другой способ для самодельного устройства.

По этой причине рассмотрим, как можно изготовить некоторый аналог симисторного стабилизатора. Данный прибор будет рассчитан на входной рабочий диапазон 130-270 В, а на выход будет подаваться от 205 до 230 В. Большая разница входного тока это скорее плюс, а вот для выходного – это уже минус. Но для многих бытовых приборов эта разница допустима.

Что касается мощности, то схема тиристорного стабилизатора напряжения 220В, своими руками изготавливаемого, допускает подключение электроприборов до 6 кВт. Переключение нагрузки производится в течение 10 миллисекунд.

Какое строение имеют инверторные стабилизаторы?

В отличие от стабилизаторов «классической компоновки» (электромеханических, релейных и электронных) инверторные стабилизаторы избавлены от автотрансформатора и сопряжённых с ним коммутационных элементов. Вместо этого в них реализована построенная на основе полупроводниковых элементов электронная схема, главные компоненты которой – выпрямитель и инвертор. Кроме того, обязательными звеньями любого инверторного стабилизатора являются промежуточные накопители энергии (конденсаторы) и управляющий микроконтроллер, качественные модели (в частности производимые ГК «Штиль») также имеют входной/выходной фильтр высоких частот и корректор коэффициента мощности.

Рисунок 1 – Устройство инверторного стабилизатора напряжения

Исключение из силовой схемы крупных металлических элементов уменьшает массогабаритные характеристики инверторных стабилизаторов и сводит к минимуму зависимость их стоимости от изменения расценок на электротехнические металлы и сплавы. Ещё одна особенность конструкции данных устройств – отсутствие склонных к механическому износу подвижных деталей и, как следствие, большой рабочий ресурс. Стоит отметить и то, что инверторные стабилизаторы в течение всего срока службы не требуют замены расходных материалов и освобождены от какого-либо специфического обслуживания.

Принцип работы

Во время работы инверторного стабилизатора осуществляется два основных процесса:

1. Преобразование входного переменного тока в постоянный.
2. Преобразование постоянного тока в переменный.

Первый процесс осуществляет выпрямитель и корректор коэффициента мощности. Другими словами, когда переменный и нестабильный ток входит в стабилизатор, он проходит через фильтр частот и в выпрямителе превращается в постоянный.

Он приобретает практически синусоидальную форму. Плюсом такого преобразования является достижение очень высокого коэффициента мощности. Этот коэффициент равняется почти единице. Далее этот ток накапливается в конденсаторах. Их еще называют вторичным источником энергии.

После этого постоянный ток продолжает движение к инвертору, который уже делает ток переменным и синусоидальным. Этот инвертор работает таким образом, что переменный ток получает частоту, равную 50-ти герцам, и напряжение, равное 220-ти вольтам.

Примечательным фактом является то, что кварцевый генератор, который является составной частью инвертора, делает это преобразование с очень высокой степенью точности. Конечно, работой каждой составной части стабилизатора, который относится к инверторному типу, управляет микроконтроллер.

Именно благодаря использованию инверторов и осуществлению двух процессов преобразования тока этот стабилизатор называют инверторным или же стабилизатором двойного преобразования.

Обзор стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы напряжения сети переменного тока исторически развивались, используя различные схемотехнические решения. В настоящее время существует несколько видов стабилизаторов:

• релейные стабилизаторы напряжения;
• электромеханические стабилизаторы с сервоприводом;
• электронные тиристорные или симисторные стабилизаторы;
• инверторные стабилизаторы напряжения.

Выходное напряжение релейных стабилизаторов изменяется ступенями за счет переключения обмоток сетевого трансформатора контактами мощных электромагнитных реле. Точность стабилизации определяется числом переключаемых обмоток. Таких обмоток может быть от 5 до 10. При переключении с одной обмотки на соседнюю выходное напряжение изменяет свое значение приблизительно на (15-20) В.

В электромеханических стабилизаторах сервопривод постоянного тока перемещает графитовую щетку токосъемника по виткам обмотки автотрансформатора. Значение управляющего сигнала зависит от разницы входного и опорного напряжения, соответствующего значению 220 В. При устранении разницы устройство управления двигателем сервопривода переходит в режим слежения.

В электронных стабилизаторах переключение используемых обмоток трансформатора исполнительными элементами происходит под управлением контроллера.

Узел переключения выполнен на полупроводниковых симисторах или тиристорах. Работа контроллера определяется программным обеспечением, установленном на заводе-изготовителе изделия.

Целесообразность создания своими руками

Что лучше: сделать стабилизатор напряжения своими руками или все-таки лучше приобрести готовое устройство? Каждый решает сам.

Первый плюс — выгода, так как приборы стоят недешево. Второй положительный момент — знание «начинки» устройства, оно даст возможность найти и заменить неисправную деталь, которую легко найти в магазине. К недостаткам этого варианта относят невысокий уровень надежности изделий-самоделок, так как на заводах качество гарантирует специальное и измерительные оборудование, о котором в домашних условиях даже думать не приходится.

Если создание самодельного стабилизатора кажется довольно сложным, то лучше пойти традиционным, но нерациональным путем — приобрести готовый прибор. В этом случае в его надежности можно не сомневаться.

Тот, кто все же решился сделать стабилизатор напряжения своими руками, должен увидеть, какая работа ему предстоит. Лучше начинать с простых моделей, а полезную информацию можно почерпнуть из этого видео:

Инверторный стабилизатор напряжения (стабилизатор напряжения с двойным преобразованием)

Начнем с принципа работа.
Входное напряжение сети поступает на пассивный сетевой фильтр (СФ). Он сглаживает пиковые выбросы сетевого напряжения и практически полностью убирает высокочастотные помехи. После чего напряжение попадает на выпрямитель (В), преобразующий переменный ток в постоянный. Далее выпрямленное напряжение поступает на инвертор (И) и на блок конденсаторов (К). Конденсаторы необходимы для сглаживания моментов, связанных с кратковременными провалами или всплесками напряжения на входе изделия. Инвертор же преобразует поступающую энергию в стабильное выходное напряжение необходимой частоты. К сожалению инвертор не может создать выходное напряжение с идеальной синусоидой, из-за особенностей технологи там будут присутствовать высокочастотные искажения. Поэтому на выходе еще ставят выходной фильтр (ВФ). Все этим хозяйством управляет микропроцессорный контроллер (М).

По своей сути инверторный стабилизатор напряжения — это источник бесперебойного питания (ИБП) технологии онлайн, но без батарей.

Достоинства данного типа стабилизатора:

• защищает практически от всех проблем с питающей сетью кроме пропадания напряжения;
• мгновенная регулировка напряжения с погрешностью не более 1%;
• очень широкий диапазон входного напряжения;
• существенное легче и компактнее других стабилизаторов соизмеримой мощности, так как построен на безтрансформаторной схеме;
• имеет ОЧЕНЬ большой ресурс работы так почти не имеет движущихся частей (чаще всего это вентиляторы охлаждения, которые можно при необходимости быстро заменить);
• почти бесшумный (напоминаю про вентилятор охлаждения, но обычно до 1кВА их не ставят);
• высокий КПД до 97%;
• высокая устойчивость к загрязнениям – нет рабочих контактов.

Недостатки:

• ЦЕНА. Данные стабилизаторы являются самыми дорогими среди всех видов подобных устройств;
• по мере увеличения нагрузки на стабилизаторе происходит уменьшение предельного диапазона входного напряжения. К примеру, когда нагрузка меньше 50%, входной диапазон 115…300В, а когда нагрузка находится в пределах 50…70%, то входной диапазон становится 140…300В.  При нагрузке, которая превышает 70% входной диапазон вообще становиться 160…300 вольт;
• к сожалению, как и все устройства с двойным преобразованием (например, промышленные преобразователи частоты и ИБП) может выдавать высокочастотные помехи в сеть и нагрузку, что возможно будет влиять на чувствительные приборы;
• максимальная мощность не больше 20 кВА
• мощные модели под полной нагрузкой могут существенно греться – необходимо позаботиться об утилизации тепла.

Что такое инверторный стабилизатор?

Прежде всего, это полностью электронный прибор, в котором отсутствуют любые механические или электромеханические компоненты. В нём нет даже трансформатора. В этом устройстве осуществляется принцип двойного преобразования напряжения.

Инверторный стабилизатор состоит из ряда элементов:

• Сетевой фильтр;
• Выпрямитель;
• Корректор коэффициента мощности;
• Батарея конденсаторов;
• Преобразователь-инвертор;
• Контроллер;
• Кварцевый генератор;
• Блок индикации.

Принцип работы

Напряжение попадает на входной фильтр. Этот элемент используется для повышения надёжности и выполнен по двухзвенной схеме. Фильтр выполнен на пассивных элементах. Это конденсаторы и индуктивности, выполненные на ферритовых кольцах.

Задача фильтра убирать всё лишнее, что может из сети попасть на вход стабилизатора. Это импульсные помехи и выбросы высокой частоты. Очищенное напряжение попадает на мостовой выпрямитель, выполненный на кремниевых мощных диодах. Здесь осуществляется преобразование переменного напряжения в постоянное.

Преобразованное напряжение поступает на корректор мощности. Его задача поддерживать одинаковый уровень мощности, независящий от изменения напряжения на входе. Кроме того, он защищает сеть от проникновения в неё импульсных помех, которые могут возникать от работы стабилизатора. В его функцию входит также контроль заряда конденсаторов. Постоянное напряжение накапливается в конденсаторах, задачей которых является накопление электроэнергии при её избытке, и отдача оной в дальнейшую схему при её недостатке.

Следующий элемент схемы это преобразователь-инвертор, который осуществляет обратное преобразование постоянного напряжения в переменное. Это наиболее ответственный процесс. Фактически в этом элементе напряжение 220В формируется заново, поэтому оно имеет практически идеальные характеристики.

Инверторные стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием в обязательном порядке оснащаются электронными схемами защиты. Это может быть контроль напряжения на входе, при превышении порога выше критической величины, и защита от перегрузки.

Обычно стабилизаторы напряжения имеют блок индикации, выполненный на светодиодных матрицах. Они высвечивают напряжение на входе, напряжение на выходе и иногда частоту. Кроме того на передней панели находятся индикаторы режимов и аварийные индикаторы защиты.

Инверторные стабилизаторы напряжения

В последние годы все более популярным становится несколько иной тип стабилизаторов, отличный от симисторных или сервоприводных. Называются они инверторными.

Он считается более эффективным в отличии от всех вышеприведенных. Если у остальных погрешность выходного напряжения может достигать 5-10% и это считается нормальной величиной, то у инверторного она не превышает 2%! Еще один плюс — более широкий диапазон входных напряжения для выравнивания.

Стабилизатор преобразует нестабильный переменный ток пропуская его через фильтр в постоянный, после чего, проходя через инвертор, опять возвращает его в переменную величину с идеальной синусоидой.

Данное устройство уже не имеет внутри себя громоздкого тороидального трансформатора. А соответственно в разы меньше и легче.

Плюсы инвертора:

• широкий диапазон регулировки входного напряжения 90В — 310В
• малая погрешность на выходе
• малые габариты и вес
• фильтрует высокочастотные помехи
• мгновенное быстродействие на изменение входного напряжения
• работает при отрицательных температурах от -40
• заявленный срок службы при соблюдении подключаемой мощности до 20 лет

• большая цена
• не подходит для больших нагрузок
• в мощных моделях стоят вентиляторы охлаждения. Шумят примерно также как в компьютере. Полную бесшумность обеспечивают только маломощные экземпляры.

При увеличении нагрузки выше 50% от номинальной, для инвертора начинается снижение его входных параметров напряжения. То есть он уже не будет способен выровнять напряжение 110В, а будет нормально работать только от 160В и выше. Основной причиной выхода из строя таких устройств является именно перегрузка.

Чтобы защитить себя от перегрузки, более дорогие и качественные инверторные стабилизаторы при превышении мощности в автоматическом режиме могут переходить на байпас, то есть выдавать не преобразованное напряжение, а такое же, как и на входе.

Зато у инверторного стабилизатора нет такой болезни как у ступенчатых — мигание лампочек при переключении ступеней регулирования.

Хороший ролик наглядно показывающий разницу работы релейного и инверторного стабилизатора при резких скачках напряжения:

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.

Стабилизатор напряжения релейный

Стабилизаторы со ступенчатым релейным переключением имеют обмотку автотрансформатора (АТ) с множеством отводов. Каждому отводу обмотки соответствуют разные коэффициенты трансформации. Электронная схема блока управления (БУ) анализируя состояние сети, коммутирует силовые реле (R), подключенные к разным секциям обмотки автотрансформатора, обеспечивая стабильное выходное напряжение.

Достоинства данного типа стабилизатора:

• относительно дешевое решение — нет дорогих и сложных в изготовлении элементов;
• широкий диапазон рабочих напряжений — нижний предел входного напряжения чаще всего 140В, но бывают модели и на 125, 110 и даже 90В. верхний предел обычно 270В-280В. При более низком или более высоком входном напряжении стабилизатор просто отключит нагрузку от сети;
• высокий КПД — потери только на трансформаторе (КПД >95%) и немного на БУ и разогрев реле;
• высокое быстродействие — одно из основных достоинств данного типа. При резком изменении входного напряжения стабилизатор не перебирает все реле по очереди, а сразу переключается на необходимое. Время реакции обычно 20 мс;
• правильная синусоида на выходе — это по сравнению с инверторными стабилизаторами которые вносят существенное искажение в синусоиду выходного напряжения — приборы-потребители это не любят.

Недостатки:

• защищает только от низкого или высокого напряжения;
• ступенчатость регулировки выходного напряжения — тут уже никуда не деться, такая технология. Обычно между выводами разница напряжения 4-10%;
• низкий коммутационный ресурс силовых реле — основная беда данного типа стабилизатора. Реле очень не любят перегрузки и при частых коммутациях быстро выходят из строя;
• максимальная мощность обычно до 12 кВА
• шум при переключении реле — да, щелчки слышно очень хорошо, к тому же, как и любой представитель трансформаторных, автотрансформатор гудит.
• низкая устойчивость к загрязненной среде и влаге — автотрансформатору необходимо охлаждение при больших нагрузках — поэтому в любом стабилизаторе очень много вентиляционных отверстий. При этом существуют модели с принудительной вентиляцией, и они как пылесос затягивает кучу пыли в корпус, которая проникает в силовые реле (особенно на мощных моделях), что быстрее выводит их из строя.

Перейдем ко второму типу стабилизаторов

Конструкция электромеханического стабилизатора

Электромеханический, или сервоприводный, стабилизатор напряжения может считаться самым простым по конструкции. В его основе лежит обычный автотрансформатор лабораторного типа, в котором, поворачивая рукоятку можно было изменять величину напряжения от нуля до 240 вольт.

В современном стабилизаторе этот принцип сохранился, только ручка автотрансформатора поворачивается не рукой, а электрическим серводвигателем. Трансформатор имеет тороидальную конструкцию. Его обмотка выполнена из медного провода, и верхняя её часть очищена от изолирующего покрытия.

По обмотке трансформатора перемещается ползунковый контакт-щётка или ролик, который закреплен на оси электродвигателя. Двигатель оборудован сервоприводом. Это значит, что его ротор не вращается, а по импульсным сигналам, поступающим из блока управления, может поворачиваться на определённый угол. Щётка может быть изготовлена из графита или иметь роликовую конструкцию.

Электромеханический стабилизатор состоит из следующих узлов:

• Входной сетевой фильтр;
• Силовой автотрансформатор;
• Блок контроля и управления;
• Электродвигатель;
• Контактный узел;
• Блок индикации.

Сетевой фильтр обеспечивает подавление высокочастотных и импульсных электрических помех. Пассивный фильтр собран по  индуктивно-ёмкостной схеме. После фильтра напряжение подаётся на схему контроля, которая фиксирует отклонения напряжения сети от номинала и вырабатывает сигналы для управления электродвигателем.

Жёстко закреплённый на роторе контактный узел с графитовым контактом перемещается по обмотке трансформатора. В зависимости от девиаций сети, серводвигатель получает сигналы управления для увеличения или уменьшения напряжения на выходе. Для надёжности контактный узел может иметь две щётки, или более стабильный в работе роликовый узел.

Блок индикации, располагающийся на передней панели устройства, состоит из светодиодных индикаторов режимов работы и, у отдельных моделей, цифрового универсального дисплея. Цифровой дисплей может показывать напряжение на входе и выходе устройства, ток и частоту сети.