Стабилизатор напряжения двойного преобразования

Рынок перенасыщен изобилием выпрямителей напряжения, представленных не одним десятком мировых брендов. Каждый из них разнится по типу питания, функциональным возможностям и принципу стабилизации. Из-за такого разнообразия устройств пользователи не знают, какой модели отдать предпочтение. Самым эффективным является инверторный стабилизатор напряжения, именуемый в народе как нормализатор с двойным преобразованием.

Внутреннее строение

Стабилизатор напряжения двойного преобразования

Инверторный стабилизатор – это автоматический регулятор сетевого напряжения, способный передавать ток с одинаковой частотой и постоянным показателем напряжения, с отклонением не более чем на 0,5% от нормированного значения.

Выпрямители инверторного типа неспроста считаются лучшими на рынке. Они выделяются своим принципом функционирования, основанным на ином строении, нежели электронные нормализаторы. Выходное напряжение всегда демонстрирует одинаковое значение.

Классический инвертор состоит из таких элементов:

  • входных фильтров – обозначение ВХ;
  • выпрямителя и корректора коэффициентного показателя мощности – В и ККМ;
  • блока конденсаторов – ВИП;
  • устройства преобразования напряжения постоянного типа в переменное – ИНВ;
  • микроконтроллера – МК.

Некоторые элементы данной схемы, такие как выпрямитель и преобразователь тока, относятся также к стабилизаторам на базе транзисторной группы IGBT. В их структуру интегрированы биполярные транзисторы с затвором изолированного типа. Вторая особенность – наличие проводника из металл-оксида модели Mosfet.

Принцип работы

Двойной выпрямитель во время функционирования исполняет всего лишь 2 ключевые функции:

  • преобразовывает ток переменного типа в постоянный;
  • вторая функция оборотная – преобразовывает ток постоянного типа в переменный.

Первая стадия функционирования включает в работу такие устройства, как корректор показателя мощности и непосредственный выпрямитель. Проще говоря, ток переменного типа является нестабильным и проникает в аппаратуру сквозь фильтр, выпрямляющий его и делающий постоянным. Также фильтрации поддаются и частоты. После таких манипуляций ток приобретает фактически безупречную форму синусоида.

Достоинство состоит в том, что в данной ситуации существенно повышаются мощностные показатели. Коэффициентное соотношение повышения мощности достигает отметки буквально 1,0. После того как фильтр пройден, ток скапливается в конденсаторном блоке – вторичный блок питания.

Далее инверторные нормализаторы функционируют по следующему принципу: постоянный ток, который был выпрямлен и преобразован, движется к инвертору, задача какого – преобразовывать его в ток переменного типа и формировать тот же синусоид. Под воздействием инвертора ток переменного типа обретает показатель напряжения 220 В и частоту со значением 50 Гц.

Стабилизатор напряжения двойного преобразования

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.

Каждый скачок напряжения, который вероятен на входе в нормализатор, нивелируется посредством конденсатора. В этом компоненте накапливается энергия, а после передаётся в форме тока переменного типа.

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.

Читайте также:  Венчик строительный для перфоратора

Условия эксплуатации

Выпрямители инверторного типа довольно неприхотливы в эксплуатации. Лучше всего это выражено на таких характеристиках, как стойкость к температуре окружающей среды и повышенной влажности. Практически все модели данных устройств без проблем функционируют в температурных режимах от -40/+40 градусов. Максимальный показатель выдерживаемой влажности равен 95%.

Однако на включённый стабилизатор не должна попадать вода и смазочные материалы различного типа. Прямое их проникновение внутрь устройства приведёт его в негодность. Даже малейший конденсат внутри способен вывести выпрямитель из строя.

Особенности подключения

Стабилизатор напряжения двойного преобразованияПроцедура подключения стабилизаторов инверторного типа не очень сложна и не занимает много времени. Тем не менее её лучше поручить мастеру.

Перед подсоединением прибора требуется обесточить всю домашнюю сеть. Подключать выпрямитель можно как перед конкретными устройствами, так и сразу за счётчиком.

Немало моделей инверторов подсоединяется к сети посредством клемм. Вначале подключается входная проводка, которая будет вести подачу тока. Для этого в силовом щитке требуется установить, какой кабель является “нулём”, а какой “фазой”. Про заземление также не стоит забывать.

Провод с “фазой” подсоединяется к клемме – обозначение L или L1. Провод с “нулём” соединяется с нулевой клеммой. Сечение входной проводки не должно быть меньше 2,5 мм.

Критерии выбора

При выборе выпрямителя инверторного типа нужно руководствоваться следующими его характеристиками:

  • мощность прибора;
  • уровень допустимой нагрузки;
  • быстрота выравнивания напряжения;
  • выходная форма напряжения;
  • точность указанных параметров;
  • значение допустимых колебаний;
  • эксплуатационные условия.

Мощность является самым важным критерием выбора стабилизатора. Данные характеристики прибора избираются в соответствии с тем фактором, какое число потребителей будет к нему подсоединено – одна квартира или весь многоквартирный дом.

Необходимо скрупулёзно подсчитать всю потенциальную нагрузку на выпрямитель. К полученному значению прибавляют 25% мощности на резерв, чтобы прибор не испытывал предельной нагрузки.

Инверторные стабилизаторы с двойным преобразованием

Стабилизатор напряжения двойного преобразованияИнверторные выпрямители с двойным преобразованием обладают такими ключевыми особенностями:

  • Приборы выполняют преобразование напряжения постоянного типа в переменный. Производятся они с применением полупроводниковых элементов IGBT либо же Mosfet, которые устанавливаются на радиаторы.
  • Управлять выпрямителем можно посредством ШИМ-контроллера.
  • Приборы с двойным преобразованием имеют хороший уровень защиты от значительных выбросов напряжение электросети.
  • Управляет функциями прибора специальный микроконтроллер.
  • Стабилизатор оборудуется кварцевым генератором, благодаря чему гарантируется качественный выходной ток.

Благодаря новым техническим решениям инверторы для дома дают возможность обрести на выходе напряжение с номинальным значением, максимальное отклонение которого не превышает 1%. Стабилизаторы инверторного типа – это единственный прибор, жёстко контролирующий показатель частоты.

Стабилизатор напряжения двойного преобразованияСтабилизаторами двойного преобразования называются приборы, которые по своей работе схожи с инверторами. Поэтому, если речь идет об инверторных ситабилизаторах напряжения, то это "те же яйца, только в профиль". Эта особенность значительно приподнимает его над другими подобными устройствами, работающих по принципу выравнивания показателя до установленной величины. У него лучше показатели напряжения на выходе и минимальные значения отклонения синусоиды тока. Также здесь стоит подчеркнуть, что данные стабилизаторы на много эффективнее, чем релейные и электромеханические "собратья".

Главной же отличительной особенностью данного прибора выступает тот факт, что он может переменный ток преобразовывать в постоянный и обратно. В первом случае частота переменного тока и величина напряжения на входе на процесс преобразования никак не влияет. Во втором же случае напряжение и частота фиксированные — 220В и 50 Гц, соответственно. Что касается точности преобразования постоянного тока в переменный, то она довольно высокая. А достигнуто это благодаря работе микропроцессора, встроенного в схему.

Где применяют это чудо техники? Так, стабилизаторы двойного преобразования отлично подходят для защиты сверхчувствительного сетевого оборудования мощностью от 1 до 30 кВт. К таким приборам в первую очередь относятся компьютеры и телевизоры.

Читайте также:  Стакан для зарядки шуруповерта

Стабилизатор напряжения двойного преобразованияПлюсы и минусы стабилизаторов двойного преобразования

Плюсы (+):

  • Надежность— не подводит при мощностях нагрузки от 0 до 100%.
  • Отсутствие помех — про помехи, которые свойственны электромеханическим стабилизаторам, можно забыть. А для тех, для кого это первый стабилизатор напряжения, никогда и не знать.
  • Долговечность — средний срок службы стабилизаторов двойного назначения составляет 10-15 лет. Это объясняется тем, что в них отсутствуют движущиеся детали, и нет трения контактов.
  • Минимальный уровень шума — прибор работает практически бесшумно.
  • Работоспособность в широком диапазоненапряжения — в зависимости от нагрузки данные устройства способны работать в диапазоне от 120 до 300 В.
  • Быстродействие — эти стабилизаторы мгновенно реагируют на любые всплески и падения напряжения.

Минусы (+):

  • Дороговизна— в среднем стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием стоят от 15 000 до 60 000 рублей. Хотя можно найти экземпляры по цене 6 000 — 8 000 рублей.
  • Низкий КПД— коэффициент полезного действия при 100% нагрузки составляет около 90%. У большинства других видов стабилизаторов напряжения, этот показатель несколько выше.

Стабилизатор напряжения двойного преобразованияСреди различных модификаций устройств, предназначенных для стабилизации напряжения, инверторный стабилизатор напряжения может считаться самым современным и перспективным. Он построен на современной элементной базе и обладает высокими техническими характеристиками. Бытует мнение, правда спорное, что в обозримом будущем эти устройства вытеснят все остальные модели.

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

Стабилизатор напряжения двойного преобразованияНапряжение 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.

Стабилизатор напряжения двойного преобразования

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.

Инвертор представляет собой мультивибратор, собранный на мощных IGBT транзисторах. Эта схема обеспечивает минимальную потерю энергии. Работой инвертора управляет контроллер, кварцевый генератор которого способствует формированию и поддержанию стабильной частоты переменного тока.

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.

Преимущества и недостатки

Иногда в отзывах об этой технике можно встретить высказывания, что инверторный стабилизатор вообще не имеет недостатков. Это не совсем так. Другое дело, что его достоинства значительно преобладают над недостатками.

К преимуществам стабилизатора двойного преобразования можно отнести следующее:

  • Большой диапазон напряжения на входе;
  • Высокая скорость стабилизации;
  • Минимальный процент отклонения от номинала на выходе;
  • Практически чистая синусоида;
  • Отсутствие тяжёлого железа;
  • Бесшумная работа;
  • Надёжность.
Читайте также:  При какой температуре горят кости

Поскольку напряжение сети сразу выпрямляется и корректируется, то стабилизатор инверторного типа менее критичен к разбросу входной величины. Отсутствие медленно работающей механики (как у электромеханического стабилизатора) позволяет устройству практически мгновенно реагировать на изменения напряжения на входе, поэтому скорость стабилизации здесь самая высокая и зависит только от характеристик полупроводниковых приборов.

В стабилизаторе двойного преобразования происходит даже не стабилизация, а генерация напряжения с высокими характеристиками, поэтому с выхода снимается неискажённая синусоида с очень маленьким отклонением.

Отсутствие мощного трансформатора, позволило снизить вес и габариты. Полупроводниковые приборы, конечно, нагреваются, но эта проблема решается установкой бесшумного кулера.

Надёжность инверторного стабилизатора обеспечивается отсутствием механических элементов, а у современных транзисторов и интегральных компонентов, на основе которых выполнен инверторный стабилизатор, очень большой срок службы.

Стабилизатор напряжения двойного преобразования

Недостатков у инверторного стабилизатора совсем не много. Прежде всего, это его стоимость, которая заметно превышает цену любого другого стабилизатора. Следующим, более серьёзным недостатком, можно считать зависимость нагрузки от напряжения на входе. Это происходит в связи с нехваткой мощности накопительных ёмкостей.

Критерии выбора

Инверторные стабилизаторы напряжения для дома обычно выбирают по основным техническим характеристикам устройства.

К ним относятся следующие величины:

  • Мощность;
  • Скорость стабилизации;
  • Точность выходных параметров;
  • Диапазон сети.

Мощность, наверное, самый важный параметр. Выбор устройства по мощности зависит от общей мощности потребителей, которые будут к нему подключены. Здесь следует подсчитать все активные и реактивные нагрузки и приплюсовать 25-30% на резерв.

При выборе инверторного стабилизатора можно не обращать внимания на такой параметр, как скорость реакции, поскольку у этих приборов она всегда выше, чем у релейных, электронных стабилизаторов, и, тем более, сервоприводных.

Конечно, у приборов для стабилизации напряжения имеются менее важные параметры, такие как конструктивное исполнение. Обычно оно может быть настенным — у приборов небольшой мощности, и напольным — у более серьезных моделей.

Важным так же является наличие функции «Байпас» (обход). Суть её в следующем. Если напряжение на входе находится в допустимых пределах, то питание потребителя осуществляется напрямую, то есть, минуя электронную схему стабилизатора. Как только напряжение отклонилось выше или ниже определённых пределов – подключается стабилизатор. Переключение осуществляется автоматически и очень быстро.Стабилизатор напряжения двойного преобразования

Условия эксплуатации

При всей своей надёжности, стабилизаторы двойного преобразования требуют соблюдения некоторых правил. Инверторный стабилизатор напряжения может функционировать в условиях низких и высоких температур, но превышать эти пределы не следует.

Электронная схема достаточно чувствительна к появлению конденсата, поэтому если эта неприятность имеет место, следует подождать с включением стабилизатора в сеть. Прибор не любит, когда отсутствует свободная циркуляция воздуха, поэтому его следует располагать так, чтобы между каждой стенкой корпуса было расстояние 5-10 см. По этой же причине устройство нельзя чем-то накрывать. И конечно, нельзя самостоятельно вскрывать прибор.

Некоторые модели инверторных стабилизаторов

В качестве компактного бытового стабилизатора можно рассмотреть инверторный стабилизатор напряжения Штиль R 3500. Это однофазный стабилизатор, который прекрасно подойдёт для работы с потребителями небольшой мощности. Прибор работает при напряжении от 90 до 310В и обеспечивает на выходе гладкую синусоиду. Погрешность его составляет 220В ± 2%. Он может выдерживать перегрузку в 150% порядка 5 секунд.

Стабилизатор напряжения двойного преобразования

Если требуется установить более серьёзную модель, то можно обратить внимание на инверторный стабилизатор напряжения 10 кВт Powercom AR-10K. Это устройство способно обеспечить работу мощной нагрузки. Выходные параметры данного стабилизатора соответствуют самым строгим критериям. Он имеет все виды защиты и информационный дисплей. Стоит достаточно дорого, и если нет жестких требований к выходным параметрам, то можно обойтись более дешёвыми моделями.