Инверторный стабилизатор напряжения схема – Инверторный стабилизатор — выбираем вместе, плюсы и минусы этого типа, а также примеры использования дома — Мир Антенн

Содержание

Принцип работы инверторного стабилизатора напряжения

Резкие и значительные перепады напряжения переменного тока в сети приводят к нестабильной работе электронного оборудования и электротехнических бытовых устройств. В крайних случаях такие скачки могут стать причиной поломки электроники и выхода ее из строя. Незаменимым в этом случае оказывается применение стабилизаторов напряжения питающей сети. Все чаще пользователи останавливают свой выбор на инверторных стабилизаторах напряжения для дома.

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.

Принцип работы инверторного стабилизатора

В основу работы инверторного стабилизатора напряжения положен принцип двойного преобразования. Сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянный ток, а затем производится обратное преобразование. Обеспечение на выходе устройства стабильного переменного напряжения 220 В осуществляется электроникой инверторных стабилизаторов напряжения.

Она не имеет громоздких силовых трансформаторов. Состав стабилизаторов включает следующие электронные блоки:

входной сетевой LC фильтр;
полупроводниковый диодный двухполупериодный выпрямитель;
устройство коррекции коэффициента мощности;
блок накопительных конденсаторов;
инвертор-преобразователь;
кварцевый тактовый генератор стабильной частоты;
высокочастотный выходной фильтр;

микропроцессорный контроллер.

Пассивный входной сетевой фильтр используется для устранения высокочастотных помех и сглаживания коротких выбросов напряжения питающей сети. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное, часть электрической энергии которого накапливается в блоке электролитических конденсаторов большой емкости. Они являются резервным источником, вступающим в работу при появлении провалов сетевого напряжения или его кратковременном отключении.

Задача корректора состоит в нормализации мощности, отбираемой от сети, не допуская перегрузки стабилизатора при его работе. Инвертор-преобразователь восстанавливает переменное напряжение из постоянного. За счет участия в его работе кварцевого генератора выходное напряжение имеет форму чистой синусоиды частотой 50 Гц с погрешностью, не превышающей 0,5%.

Контроллер управляет работой цепей стабилизации выходного напряжения и производит оценку состояния отдельных блоков устройства с выдачей результатов на элементы индикации. Он выдает команды на автоматическое отключение работы стабилизатора в случае выхода значения входного напряжения за диапазон регулирования, определяемый техническими характеристиками.

Технические характеристики стабилизаторов

При выборе стабилизатора переменного напряжения домашней сети большое внимание следует обратить на его основные технические характеристики, к которым относятся следующие:

максимально допустимая мощность нагрузки, которую может обеспечить стабилизатор при сохранении параметров качества сетевого напряжения;
допустимые колебания сетевого напряжения, при которых напряжение на выходе стабилизатора сохраняет свое значение с учетом требований стандартов качества;
скорость выравнивания, определяющая время отклика стабилизатора на кратковременные быстропеременные изменения сетевого напряжения для сохранения выходного напряжения неизменным;
форма выходного сигнала, приближающаяся в идеале к синусоиде;

точность параметров стабилизированного напряжения;
степень защиты, определяющая возможность эксплуатации стабилизатора в условиях экстремальных температур и повышенных значений относительного уровня влажности;
форм-фактор, определяющий габариты стабилизатора;
уровень помех, создаваемый устройством, для работы окружающего оборудования.

Дополнительным фактором, влияющим на выбор стабилизатора, может служить наличие элементов визуальной индикации и сигнализации.

Она должна информировать пользователя в полной мере о значениях входных и стабилизированных параметров и предупреждать о возникновении критических ситуаций.

Особенности инверторных стабилизаторов

Отсутствие в них громоздких ферромагнитных трансформаторов со сложной структурой обмоток значительно облегчило конструкцию. Инверторные стабилизаторы напряжения не содержат движущихся частей сервоприводов, что не требует их периодического обслуживания в процессе эксплуатации и делает работу стабилизаторов практически бесшумной. В качестве силовых элементов используются IGBT или MOSFET полупроводниковые приборы, изготовленные по современным технологиям.

Использование кварцевых тактовых генераторов позволяет получать выходное переменное напряжение, форма которого приближается к чистому синусу. Схемные решения позволяют исправлять не идеальную форму входного сетевого напряжения. Управление всеми функциями осуществляется под управлением микроконтроллера.

Показатели инверторных стабилизаторов

Схемные и технические решения, реализованные в инверторных стабилизаторах напряжения, позволяют производить готовые изделия, показатели которых существенно отличаются от показателей стабилизаторов других типов в лучшую сторону. Ведущие отечественные и зарубежные производители создают линейки изделий, рассчитанные на разные уровни мощности потребителей. Они начинаются от мощности 300 ВА. Инверторный стабилизатор напряжения 10 кВт (кВА) является не последним в этом ряду.

Что касается других показателей. Инверторные стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием сохраняют на выходе стабилизированное напряжение 220 В с отклонением не более 1% при изменениях сетевого напряжения в диапазоне 90-310 В. Погрешность показаний по частоте при этом не превышает 0,5%. Скорость стабилизации находится на уровне 10 мс, что позволят в качестве нагрузки использовать прецизионные измерительные приборы. При этом производится полное подавление импульсных помех.

Заключение

Инверторные стабилизаторы напряжения постепенно завоевывают рынок сетевых стабилизаторов. После ознакомления с материалами статьи читатели поймут, что это вполне заслужено. Технические и схемные решения, используемые в таких изделиях, позволяют добиться показателей, недостижимых для других типов стабилизаторов. Их цена, постепенно снижающаяся, оправдывает те преимущества, которые получают пользователи таких устройств после их приобретения.

Инверторные стабилизаторы напряжения постепенно выходят на первое место по популярности. Они очень надёжны, компактны, обеспечивают идеальные характеристики выходного напряжения и не имеют механических деталей. Благодаря исключительно высоким параметрам, инверторный стабилизатор напряжения прекрасно подходит для питания любой бытовой и офисной техники. Он так же применяется в качестве источника питания на производстве, домашнего и дачного стабилизатора.

Содержание:

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.

Основные преимущества и недостатки

При сравнении технических характеристик инверторных стабилизаторов напряжения с характеристиками стабилизаторов других типов, хорошо заметно преимущество электронных устройств.

К достоинствам стабилизаторов двойного преобразования можно отнести следующее:

Работа в большом диапазоне сетевых напряжений;
Синусоидальная форма напряжения;
Высокая скорость стабилизации;
Точность выходных параметров;
Полное подавление импульсных помех;
Компактность устройства.

Электронная схема стабилизатора напряжения позволяет ему корректно работать при достаточно большом разбросе величины входного напряжения. Инверторные стабилизаторы напряжения для дома обеспечивают отличные выходные характеристики при колебаниях напряжения на входе в пределах 115-290 вольт. У разных моделей этот показатель может несколько отличаться.

Электронный стабилизатор для дома инверторного типа обеспечивает на выходе практически идеальную синусоиду, в то время как устройства другого типа могут выдавать аппроксимированную (ступенчатую) синусоиду или меандр, что категорически неприемлемо для работы многих устройств.

Поскольку в схеме устройства отсутствуют электромеханические узлы, автоматика инверторного стабилизатора обеспечивает практически мгновенную реакцию на изменения входного напряжения. Это время не превышает нескольких микросекунд и определяется только переходными процессорами в транзисторах.

Применение микроконтроллера с кварцевым генератором позволяет добиться исключительно высоких параметров напряжения и частоты на выходе стабилизатора. Отклонение напряжения от номинальной величины в 220В обычно не превышает 1%, а частоты не более 0,5%.

Индуктивно-ёмкостные фильтры практически полностью подавляют весь спектр импульсных помех, а так же устраняют кратковременные пиковые выбросы напряжения. Благодаря отсутствию мощного силового трансформатора удалось снизить до минимума вес и габариты устройства. От перегрузок стабилизатор защищает входной автоматический выключатель и быстродействующая электронная защита, иногда оснащённая звуковой сигнализацией.

Основными недостатками инверторных стабилизаторов можно считать высокую цену. Кроме того, электронные компоненты нагреваются в процессе работы и требуют воздушного охлаждения. Для этой цели применяются компактные вентиляторы, которые издают небольшой шум, но это трудно назвать существенным недостатком.

Выбор инверторного стабилизатора

При выборе электронного стабилизатора напряжения с двойным преобразованием следует обращать внимание на его основные характеристики:

Допустимая мощность нагрузки;
Скорость выравнивания;
Форма напряжения на выходе;
Точность параметров;
Допустимые колебания напряжения сети;
Условия эксплуатации.

Мощность. Мощность стабилизатора можно считать основным параметром при выборе данного прибора. Для определения необходимой мощности нужно подсчитать мощность всех бытовых устройств, которые будут питаться от этого стабилизатора, и прибавить 20-30% резерва.

Для квартиры вполне подойдёт стабилизатор, мощностью 3-5 кВт. Инверторный стабилизатор напряжения на 10 кВт подойдёт для частного загородного дома, особенно если в нём имеется отопительная система с циркуляционным насосом и собственная артезианская скважина, оборудованная погружным насосом.

Скорость выравнивания – это время, которое требуется стабилизатору, чтобы отреагировать на изменение напряжения на входе. Инверторные стабилизаторы обладают самой высокой скоростью выравнивания среди всех моделей стабилизаторов, поэтому на нее можно не обращать внимания. Стабилизаторы двойного преобразования (инверторные) выдают неискажённую синусоиду. Такая форма напряжения идеально подходит для электропитания любых бытовых устройств и газовых котлов.

Напряжение на входе и выходе. При оценке выходных параметров следует знать, что у инверторных стабилизаторов напряжения самые лучшие параметры как по отклонению напряжения от номинала на выходе, так и по частоте. Диапазон напряжения на входе, в зависимости от модели, может меняться в небольших пределах. Разброс входного напряжения, при котором способен работать стабилизатор, обычно находится в пределах от 115-120 до 280-290В, но некоторые модели способны покрыть больший разброс напряжения.

Степень защиты. В документации на стабилизатор обычно указывается интервал температур, при которых может эксплуатироваться устройство, а так же относительный уровень влажности, поэтому на это также стоит обращать внимание, особенно если планируется использовать стабилизатор в неотапливаемом помещении или в неблагоприятных для техники условиях.

Прочие параметры. Инверторный стабилизатор напряжения имеет небольшие габариты, а благодаря отсутствию мощного трансформатора и малый вес, поэтому большинство моделей имеет настенное крепление. Приборы имеют индикацию режимов работы и информационный дисплей.

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.

Среди 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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

crast.ru

электронных, релейных, электромеханических и инверторных

Любое электрооборудование проектируется с расчётом на стабильные параметры сетевого напряжения. Это необходимо по двум причинам:

Подключённое к сети устройство должно обеспечивать стабильные параметры тока на выходе в соответствии со своим целевым предназначением;
Электрическая схема оборудования нуждается в защите от аномалий входного тока, которые являются основной причиной сбоев в работе и выходе из строя потребителей электроэнергии вследствие перегорания их токопроводящих контактов и элементов.

Чтобы питающее сетевое напряжение оставалось неизменным, используется специальное устройство – стабилизатор напряжения. Он осуществляет выравнивание характеристик входного тока и обеспечивает отключение потребителей в случае возникновения короткого замыкания или других критических сетевых аномалий.

Виды стабилизаторов напряжения

Принципиальная схема стабилизатора напряжения включает 2 основных элемента, функции которых заключаются в сравнении входных параметров тока с требуемыми и регулировкой выходных характеристик. При выборе стабилизатора необходимо учитывать его основные параметры, которые должны соответствовать свойствам электросети и особенностям питающихся от неё потребителей.

В список главных характеристик любого стабилизирующего устройства входят:

Точность стабилизации;
Скорость реакции на изменения параметров входного тока;
Эксплуатационная надёжность;
Защищённость от помех;
Срок эксплуатации;
Стоимость.

Существует несколько технических решений, позволяющих обеспечить стабильные параметры тока в сетях электропитания различного назначения. Наиболее широкое применение получили следующие виды стабилизаторов напряжения:

Сервоприводные. Обеспечивают высокую точность стабилизации и обладают неплохой устойчивостью к сетевым перегрузкам, включая короткое замыкание. Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа имеет существенный недостаток – низкую скорость реакции на изменения характеристик входного тока, вследствие их целесообразно использовать для защиты потребителей, питающихся от сетей, исключающих резкие скачки напряжения на входе.

Релейные. Характеризуются завидным быстродействием, однако не способны обеспечить высокую точность и качество выравнивания выходного напряжения, вследствие чего применяются для защиты электрооборудования малой мощности.

Электронные. Работают по тому же принципу, что и релейные, но вместо коммутационных реле функцию регулировки выходного напряжения выполняют электронные ключи – симисторы или тиристоры. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью стабилизации и надёжной защитой от резких скачков входного напряжения. К недостаткам можно отнести сравнительно большую погрешность при выравнивании выходного тока и высокую стоимость.

Электромеханические. Представляют собой разновидность сервоприводных стабилизаторов. В отличии от последних, в оборудовании этого класса вместо графитовых щёток используются ролики, обеспечивающие защиту от перегрева, высокую перегрузочную способность и продолжительный срок службы системы. Главным минусом электромеханического стабилизатора является сравнительно высокая стоимость.

В продаже встречаются гибридные (с двойной релейной схемой), а также инверторные и широтно-импульсные (ШИМ) стабилизаторы. Они обеспечивают высокую скорость выравнивания выходного тока с небольшой погрешностью и могут работать с широким диапазоном входных параметров напряжения. Стабилизаторы с подмагничиванием и дискретным высокочастотным регулированием являются узкоспециализированными, вследствие чего широкого применения на практике не получили.

Сервоприводные стабилизаторы

Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает:

Блок защиты от перегрузки;
Автотрансформатор;
Серводвигатель с редуктором;
Блок управления

Сервоприводные стабилизаторы напряжения осуществляют выравнивание выходного тока посредством сервопривода, который приводит в движение коммутационные контакты – графитовые щётки. Перемещение последних в нужную позицию обмотки трансформатора осуществляется плавно без прерывания фазы и искажений синусоиды выходного напряжения. При скачках или проседаниях входного тока в пределах 10 В блок управления выдаёт команду серводвигателю, который двигает коммутационные контакты до достижения требуемых на выходе 220 В.

Схема регулируемого стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает подвижные элементы, что снижает его надёжность и долговечность. Кроме того, устройства этого класса поддерживают достаточно узкий диапазон входного напряжения (150-260 В) и допустимой нагрузки (в пределах 250-500 Вт). В то же время, работают они практически бесшумно и обеспечивают погрешность выравнивания параметров тока не более 2-3%.

Стабилизаторы релейного типа

Принцип работы устройств стабилизации релейного типа основан на ступенчатом регулировании напряжения. Осуществляется оно посредством силовых реле, которые выполняют коммутацию секций на вторичной обмотке автотрансформатора после вычисления необходимого числа трансформации контролирующим входные и выходные параметры тока процессором.

К основным достоинствам релейных стабилизаторов относят:

Компактные габариты и небольшой вес;
Широкий диапазон выравнивания;
Возможность применения при температурном режиме -20…+40°C;
Низкую стоимость.

Главные минусы этого оборудования – малая перегрузочная способность и снижение скорости стабилизации при увеличении точности последней.

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные устройства стабилизации работают по принципу ступенчатого регулирования напряжения посредством автоматической коммутации участков вторичной обмотки трансформатора, которая осуществляется силовыми электронными ключами, управляемыми процессорным блоком.

Отсутствие открытой коммутации исключает возникновение искр и окисление токопроводящих контактов схемы стабилизатора при избыточном токе на входе. Кроме того, оборудование этого класса обеспечивает малую инерционность срабатывания, отличается высокой конструктивной надёжностью и полностью бесшумной работой.

Можно собрать электронный стабилизатор напряжения 220В своими руками. Стоимость такое устройство будет иметь гораздо меньшую, чем произведённое на заводе, обеспечивая простоту в обслуживании. Основным недостатком самодельных решений является их низкая надёжность.

Инверторные стабилизирующие устройства

Всё более популярными становятся устройства стабилизации, работающие по принципу двойного преобразования напряжения. Они не имеют подвижных элементов и обеспечивают куда более высокое качество выравнивания тока, чем классические сервоприводные, релейные и электронные.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220В включает:

Входной частотный фильтр;
Выпрямитель напряжения;
Корректор коэффициента мощности;
Накопительный конденсатор;
Преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор) с требуемыми на выходе устройства характеристиками.
Микроконтроллер.

Входной ток проходит частотную фильтрацию, после чего выпрямитель превращает его в постоянный с правильной синусоидой. В результате значительно возрастает коэффициент мощности. Постоянное напряжение заряжает конденсаторы, с которых ток поступает на инвертор, где выравниваются его частота и напряжение до требуемых 50 Гц и 220 В соответственно.

Инверторные устройства стабилизации обеспечивают КПД выше 90% и практически нулевую инерционность, поддерживая широкий спектр входных параметров тока.

Схема подключения стабилизатора напряжения не представляет особой сложности. Очень важно при этом грамотно выбрать сечение кабеля:

Чем выше мощность устройства, тем большей должна быть площадь сечения;
При низком уровне входного напряжения сила тока будет большой, поэтому для сетей с преобладающими проседаниями напряжения следует выбирать сечение кабеля с запасом.

И главное: при подключении стабилизатора любого типа требуется неукоснительно соблюдать правила электробезопасности и рекомендации производителя, указанные в паспорте устройства.

voltobzor.ru

Виды и схемы стабилизаторов напряжения

Автор: Александр Старченко

Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.

Содержание:

Виды стабилизаторов напряжения

Виды стабилизаторов напряжения

В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:

Феррорезонансные;
Сервоприводные;
Релейные;
Электронные;
Двойного преобразования.

Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.

Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.

Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.

Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.

Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.

Электромеханический стабилизатор

Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:

Входной фильтр;
Плата измерения напряжения;
Автотрансформатор;
Серводвигатель;
Графитовый скользящий контакт;
Плата индикации.

В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.

Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.

При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.

Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.

Релейный стабилизатор

В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:

Сетевой фильтр;
Плата контроля и управления;
Трансформатор;
Блок электромеханических реле;
Устройство индикации.

В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.

Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.

Пример схемы релейного стабилизатора

Еще одна схема стабилизатора релейного типа

Электронный стабилизатор

Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:

Фильтр сети;
Плата измерения напряжения и управления;
Трансформатор;
Блок силовых электронных ключей;
Плата индикации.

Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.

Стабилизатор двойного преобразования

Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:

Фильтр сетевых помех;
Корректор мощности – выпрямитель;
Блок конденсаторов;
Инвертор;
Узел микропроцессора.

Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.

Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.

Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует. Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.

На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.

С этим читают:

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!

nabludaykin.ru

определяем преимущества, особенности и приводим в пример хорошие модели

Автор: Александр Старченко

Содержание:

Технические особенности инверторного стабилизатора
Основные преимущества и недостатки
Выбор инверторного стабилизатора
Бытовой стабилизатор

Технические особенности инверторного стабилизатора

В инверторном стабилизаторе выполняются два процесса:

Преобразование переменного тока в постоянный;
Обратное преобразование.

Схема устройства состоит из следующих электронных блоков:

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

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.

Основные преимущества и недостатки

К достоинствам стабилизаторов двойного преобразования можно отнести следующее:

Работа в большом диапазоне сетевых напряжений;
Синусоидальная форма напряжения;
Высокая скорость стабилизации;
Точность выходных параметров;
Полное подавление импульсных помех;
Компактность устройства.

Выбор инверторного стабилизатора

Допустимая мощность нагрузки;
Скорость выравнивания;
Форма напряжения на выходе;
Точность параметров;
Допустимые колебания напряжения сети;
Условия эксплуатации.

Бытовой стабилизатор

С этим читают:

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!

nabludaykin.ru

инверторный стабилизатор для дома 220в своими руками, частота 50 гц

Для стабилизации силы тока в электросети используется электронное устройство с тиристорными или симисторными ключами. Современные пользователи отдают предпочтение устройству двойного преобразования инверторного типа. Высокоэффективный электронный инвертор подает электроток стабильного напряжения и определенной частоты с допустимым отклонением на 0,5% от заданных параметров.

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.

Инверторный стабилизатор содержит набор компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию. В конструкцию прибора входит:

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.

Характеристики стабилизатора тока

Бытовой выпрямитель электротока, своими руками который можно собрать в частной мастерской, выравнивает ток при условии подачи тока 130−270 V. Аппарат не реагирует на частоту колебания электричества, поступающего из центральной линии электропередачи. К приспособлению можно подключать электроприборы общей мощностью до 6 кВт.

Электронный выравниватель напряжения в автоматическом режиме переключает нагрузки в течение 10 мсек. Принцип работы устройства заключается в осуществлении двух процессов:

Преобразование переменного сетевого тока в потребительский постоянный.
Преобразование потребительского постоянного тока в сетевой переменный.

При выполнении первого процесса инверторные стабилизаторы напряжения для дома осуществляют выпрямление и коррекцию коэффициента напряжения. Процессы выравнивания осуществляются в момент входа переменного тока в частотный фильтр стабилизатора. На выходе потребитель получает постоянный ток синусоидальной формы. Положительным фактором выпрямителя является создание тока с высокими коэффициентами мощности и накопление его в конденсаторах.

Инверторный стабилизатор напряжения для дома в конечном результате выдают электрический ток напряжением 220 В с частотой колебания 50 гц. Отличительным свойством инвертора является наличие в конструкции кварцевого генератора, обеспечивающего высокую точность преобразования исходного материала с помощью микроконтроллера. Благодаря двум взаимозаменяемым процессам выравнивания электротока инвертор, или стабилизатор двойного преобразования, имеет более высокие показатели по сравнению с приборами релейного, электромеханического и симисторного типа.

Свойства электронного стабилизатора

Автоматический стабилизатор напряжения с двойным преобразованием обладает высоким потенциалом, эффективность процесса выравнивания тока заключается в отсутствии реле и других подвижных компонентов. Важным элементом конструкции является конденсатор, в задачу которого входит нивелирование перепадов силы входящего тока. Двойной преобразователь не позволяет изменяться выходному электропитанию от перепада в электрической сети.

В процессе сборки стабилизатора напряжения своими руками следует учесть рабочий процесс бытового устройства при входном возбуждении 130 V. Логическая величина фиксируется компенсаторами прибора, открытый транзистор VT 4 включает сигнальный светодиод, свидетельствующий о том, что стабилизатор не выполняет свою задачу из-за отсутствия нагрузки.

Когда сила тока колеблется в пределах 130−150 В, характеристики инверторного стабилизатора напряжения штиль падает, система открывает транзистор VT 5, включает второй сигнальный светодиод, оптосимистор U1.2 и симистор VS2. Рабочая нагрузка передается на обмотку верхнего вывода трансформатора T 2.

Собранный в домашних условиях инверторный стабилизатор штиль способен передавать напряжение 220 В и переключать соединение с обмоткой второго трансформатора при скачке напряжения в сети от 190 до 250 В. Основным элементом инверторного стабилизатора штиль является печатная плата 115×90 мм из стеклотекстолита с односторонним покрытием фольгой.

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.

Недостатки стабилизирующего устройства

Наряду с достоинствами, электронный инверторный стабилизатор напряжения штиль обладает существенными недостатками. Среди комплекса отрицательных свойств наиболее важными считается:

Высокая стоимость.
Снижение диапазона входного напряжения.
Чувствительность к перепадам напряжения в сети.

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.