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

Принцип работы

Инверторные стабилизаторы коренным образом отличаются от всех ранее рассмотренных устройств. Центральное значение в принципе работы данных приборов имеет технология инвертирования. Процесс функционирования стабилизатора выглядит следующим образом. Сетевое питающее напряжение, поступая на вход прибора и проходя через высокочастотный фильтр, отсекающий импульсные помехи, гармоники высшего порядка, подаётся на выпрямитель. Затем переменный ток, через выпрямитель, попадает в корректор КМ (коэффициента мощности). В его задачу входит поддержание одинакового уровня мощности, который не будет зависеть от любых изменений входного напряжения. Переменный ток на этом этапе преобразуется в постоянный.

Напряжение постоянного тока накапливается в конденсаторной батарее, которая специально предназначена для накопления электроэнергии при её избытках. А когда электроэнергии не хватает, тогда конденсаторная установка наоборот — отдаёт её, компенсируя появившийся недостаток.

Далее постоянное напряжение поступает в преобразователь напряжения (инвертор), который преобразует его обратно в переменное, соответствующее необходимым нормам и характеристикам, т.е. формирует из него переменное синусоидальное напряжение требуемой частоты и амплитуды. Инвертор работает на мощных транзисторах, которые установлены на радиаторах. Такая схема преобразования способствует минимальным потерям энергии.

За работу транзисторов отвечает микроконтроллер, а входящий в его состав кварцевый генератор формирует и поддерживает стабильную частоту переменного тока.
В стабилизаторах инверторного типа происходит двойное преобразование напряжения, что позволяет получать на выходе ток с практически идеальными характеристиками.

Смысл описанных преобразований заключается в следующем. Работой инвертора управляет микропроцессорный контроллер, благодаря которому напряжение приобретает строго синусоидальную форму, номинальную частоту и амплитуду. Таким образом, стабилизаторы инверторного типа обеспечивают нагрузку напряжением более высокого качества, чем стабилизаторы любого другого типа.

Если говорить о синусоидальности переменного напряжения, являющейся одной из важнейших показателей качества электроэнергии, то традиционные стабилизаторы в лучшем случае не ухудшают этот показатель сетевого напряжения, либо вносят некоторые помехи. Инверторные устройства формируют синусоиду самостоятельно, в соответствии с программой, прошитой в контроллере, поэтому на практике всегда происходит повышение качества электроэнергии. Другие технологии синусоиду исправить не могут, максимум не ухудшить.

Основные элементы прибора:

• сетевой фильтр;
• выпрямитель;
• корректор КМ;
• конденсаторная батарея;
• преобразователь напряжения;
• микроконтроллер;
• кварцевый генератор;
• блок индикации и управления;
• системы защиты.

Принцип, лежащий в основе инверторных стабилизаторов, не содержит каких либо новых научных открытий последних лет и известен достаточно давно. Сравнительно недавний прорыв в этой области обусловлен началом массового выпуска мощных транзисторов, созданных по технологии IGBT и MOSFET. Именно транзисторы такого типа служат основными ключевыми элементами инверторных преобразователей.

На данный момент, схема реализована двумя производителями — это линейка Штиль ИнСтаб и отдельный стабилизатор Ресанта ACH-6000/1-И, сравним их параметры в таблице.

Особенности инверторных стабилизаторов

Подведя некоторые итоги, можно сказать, что этот тип стабилизационных приборов совершенно отличается от электромеханических, релейных и симисторных стабилизаторов. Он не имеет в своем составе автоматического трансформатора.

Если сравнить процессы двойного преобразования и переключения обмоток трансформатора, то двойное преобразование характеризуется значительно большей степенью эффективности. Конечно, это преимущество делает инверторный стабилизатор более прогрессивным.

В этом стабилизаторе нет каких-либо подвижных элементов или реле. Такая особенность значительно уменьшает круг конкурентов. Собственно говоря, в некотором роде конкурентами инверторных приборов для стабилизации напряжения можно назвать симисторные или тиристорные стабилизаторы.

Стоит обратить внимание еще на таком конструктивном элементе инверторного стабилизатора как конденсатор. Именно благодаря ему происходит нивелирование любых скачков напряжения на входе

Это потому, что в нем накапливается входная энергия, которая затем подается в нужных количествах и которая превращается в стабильный переменный ток.

Иными словами, какими бы частыми или какими бы большими ни были изменения в электропитании на входе, выходное напряжение никогда не будет изменяться, поскольку оно никак не зависит от этих изменений.

Хотя есть некоторый нюанс. Когда запаса энергии в конденсаторах не хватает, то очень сильные скачки напряжения могут отразиться на уровне выходного напряжения. Они могут «проскочить».

Технические характеристики устройства и критерии выбора

ИБП с двойным преобразованием напряжения имеет ряд технических параметров, которые определяются конструкцией данного устройства. Эти характеристики свойственны всем источникам резервного питания, но могут заметно отличаться.

Основные параметры ИБП:

• Мощность источника;
• Ёмкость комплектной батареи;
• Возможность подключения внешних аккумуляторов;
• Время работы в автономном режиме;
• Характеристики выходного напряжения;
• Время переключения на резерв;
• Разброс сетевого напряжения.

В паспорте мощность ИБП может указываться в ваттах (W) или в вольт-амперах (V/A). Она определяет допустимую мощность нагрузки, которую можно подключить к этому блоку.

Большинство ИБП такого типа допускают подключение внешних аккумуляторных батарей, при этом в паспорте на ИБП указывается ток заряда.

Основным отличием онлайн ИБП с двойным преобразованием напряжения от других источников питания является синусоидальная форма тока, которая является важной для питания большинства устройств. В случае пропадания напряжения сети любому источнику резервного питания требуется какое-то время для переключения на аккумулятор

Это не относится к он-лайн источнику, так как аккумулятор постоянно подключен к шине питания

В случае пропадания напряжения сети любому источнику резервного питания требуется какое-то время для переключения на аккумулятор. Это не относится к он-лайн источнику, так как аккумулятор постоянно подключен к шине питания.

Каждый ИБП может работать только в определённом диапазоне напряжения сети. Слишком маленькое напряжение сети будет недостаточным для работы импульсного преобразователя напряжения, а слишком высокое напряжение может вывести устройство из строя. Поэтому все ИБП оборудованы схемами защиты, как от больших перепадов напряжения, так и от перегрузки по выходу.

Дополнительными критериями выбора on-line ИБП с двойным преобразованием могут служить следующие  характеристики устройства:

• Наличие информационного дисплея;
• Вариант размещения;
• Стоимость.

Кроме светодиодных индикаторов «сеть», «резерв», «перегрузка», ИБП может быть оборудован дисплеем, на который выводятся основные параметры: напряжение на входе, напряжения на выходе и частота.

Конструкция блоков резервного питания допускает их установку на стене или в специальной стойке. Мощные блоки питания могут иметь напольную конструкцию. Стоимость устройства определяется компанией-производителем, схемотехникой и техническими параметрами.

С этим читают:

Как выбрать трёхфазный стабилизатор напряжения?

Источник бесперебойного питания для газового котла: виды, особенности и критерии выбора

Выбираем релейный стабилизатор напряжения: конструкция, преимущества и недостатки

Выбираем электронный стабилизатор напряжения: принцип работы и характеристики

Технические особенности инверторного стабилизатора

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

В инверторном стабилизаторе выполняются два процесса:

• Преобразование переменного тока в постоянный;
• Обратное преобразование.

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

Схема устройства состоит из следующих электронных блоков:

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

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

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

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

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

Особенности стабилизатора напряжения с двойным преобразованием:

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

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

Преимущества и недостатки

Как и любые другие изделия, инверторные стабилизаторы не лишены плюсов и минусов. Сравнение данных разновидностей будет проводиться с их «конкурентами», например, электронными устройствами.

Положительные стороны

У инверторных стабилизаторов имеется ряд ощутимых преимуществ:

• Широкий диапазон входного напряжения — устройство может работать с электричеством мощностью от 105 до 300 Вт.
• Бесшумность работы.
• Стабильное выходное напряжение — вся «лишняя» мощность электричества остаётся в конденсаторах, при этом на выход подаётся только требуемые 220 В.
• Быстрая регулировка тока.
• Небольшие габариты.
• Высокий КПД (более 90%).
• Фильтрация высокочастотных выбросов и помех.
• Превосходная точность нормализации напряжения.

Отрицательные моменты

Тем не менее эти замечательные устройства не лишены ряда недостатков:

Наиболее существенный минус данных изделий — это цена. В сравнении с другими разновидностями, инверторные агрегаты стоят намного дороже.
Сужение диапазона значений входного электричества. Чем больше подключено устройств, тем хуже стабилизатор обрабатывает входящее напряжение.
Относительная новизна

Как было сказано выше, многие предпочитают использовать проверенные электрические стабилизаторы, поэтому на инверторные разновидности обращают внимание в последнюю очередь.

Плюсы и минусы

Применение инверторной технологии позволило кардинально снизить вес и габариты стабилизирующих устройств. Главным образом это произошло за счёт отсутствия в инверторных схемах трансформаторов, являющихся самой тяжёлой и объёмной деталью приборов предыдущего поколения.

Инверторные стабилизирующие приборы превосходят все предыдущие модели, почти по всем основным показателям:

• самый широкий диапазон регулирования напряжения (от 90 до 310 Вольт);
• мгновенная реакция на любые скачки питающего сетевого напряжения (задержка 0 мс — без аналогов);
• идеальное качество выходного напряжения (выпрямляет синус — без аналогов);
• самый маленький вес и габариты приборов (у других есть трансформатор, он самый тяжелый из компонентов).

Данный прибор идеален для газового котла, так как тому критичен чистый синус, а инвертор выдает его в идеальном виде (при этом инвертора нет в других видах стабилизаторов).

К недостаткам можно отнести высокую цену, а так же возможное гудение у некоторых производителей, что, скорее всего, связано с экономией на компонентах. Если вам это мешает, то такой товар можно вернуть в течение 14 дней почти у всех продавцов.

Штиль Инстаб

Читайте по теме: полный обзор Штиль Инстаб + видео работы.

Вентиляторы охлаждения стабилизатора могут создавать некоторый шум при своей работе, что не делает его полностью бесшумным при эксплуатации.

И ещё, инверторные стабилизаторы критичны к качеству применяемых электронных компонентов и их монтажу. Плохое крепление транзистора к радиатору может вызвать быстрый его перегрев, и выход из строя всего прибора.

Стоимость хоть и не маленькая, но СтабЭксперт.ру считает, что постоянное совершенствование технологий производства основных электронных компонентов и увеличение их массового выпуска, безусловно, должны привести к удешевлению конечного продукта.

Характерные особенности ИС

Главным отличием ИС от своих аналогов таких, как релейные, электромеханические и симисторные стабилизаторы, является отсутствие во внутреннем устройстве автоматического трансформатора.

Двойное преобразование напряжения не имеет резких переходов, которыми «страдает» переключение трансформаторных обмоток. Именно двойной эффект преобразования представляет ИС наиболее совершенным стабилизатором. Отсутствие подвижных деталей, различных реле оставляет далеко позади конкурентов ИС. Применение конденсаторов в схеме стабилизации электрического тока исключает скачки напряжения на выходе прибора.

Однофазный стабилизатор Штиль

Типы современных стабилизаторов

Существуют различные типы стабилизаторов, отличающихся устройством и принципом действия, с которыми желательно ознакомиться, прежде чем приступать к выбору прибора. К основным разновидностям стабилизаторов, представленным на рынке в настоящее время, относятся следующие типы:

• электромеханические и электродинамические устройства с использованием сервопривода;
• релейные;
• электронные (тиристорные и симисторные);
• гибридные;
• инверторные.

Принцип работы стабилизаторов. В основу принципа работы первых трёх типов положен метод изменения коэффициента трансформации автотрансформатора.

Примечание. Автотрансформатор представляет собой вид трансформатора, в котором имеется только одна обмотка, различное число витков которой служат в качестве первичной и вторичной обмоток.

Критерии выбора электронного стабилизатора

При выборе электронного стабилизатора следует руководствоваться следующими техническими характеристиками устройства.

Выжимка. Самый сок статьи

Информация ниже, дана в «среднем», но каждая конкретная модель может выходить за рамки «среднего».

Релейные приборы: быстрее сервоприводных и шире по диапазону, но регулирование ступенчатое, т.е. на лампах накаливания могут быть видны переключения ступеней (в виде мерцания). Издают негромкие щелчки при переходе со ступени на ступень (

• Надежные и простые устройством, самые недорогие.
• Применять лучше там, где частые скачки напряжения или диапазон отклонений достаточно широк.
• Срок службы: ~10 лет.
• Гарантия: обычно 1 год.

Примеры серий: Ресанта АСН, Ресанта СПН, Ресанта Lux АСН, Rucelf SRWII, Rucelf SRFII, Rucelf SRV, Энергия АРС, Энергия АСН, Энергия Voltron, IEK, Uniel, Эра, Полигон Каскад, Зорд и др.

Сервоприводные приборы: плавное регулирование, т.к. нет ступеней, немного медленнее релейных, но выше точность. Есть токосъемник и он подвержен износу, а также издает звук при передвижении (

В быту комфортнее релейных.
Применять лучше там, где длительные просадки или превышения напряжения.
Срок службы: ~10 лет.
Гарантия: обычно 1 год.

Примеры серий: Ortea Vega, Ortea Antares, Ortea Orion, Rucelf SDW, Rucelf SDF, Sturm, Полигон Сатурн, Ресанта АСН ЭМ и др.

Гибридные приборы: большую часть времени работают в сервоприводном режиме, а релейный – вспомогательный для расширения диапазона. Если не можете определиться между первыми двумя, то этот вариант для вас.

• В быту комфортнее релейных.
• Применять лучше там, где длительные отклонения напряжения.
• Срок службы: ~10 лет.
• Гарантия: обычно 1 год.

Пример серии: Энергия Hybrid.

Электронные приборы: очень быстрые и бесшумные, высокоточные, способны терпеть большие перегрузки 150-180% от номинала. Дороже первых трех типов.

• Очень комфортны в быту.
• Подходят под любые сценарии применения, но мощность начинается, примерно, от 5 кВт.
• Срок службы ~10 лет.
• Гарантия: может доходить до 3-5 лет.

Примеры серий: Lider, Энергия Classic / Ultra, Энергия Premium, Ortea Gemini, Ortea Aquarius, Progress G, Progress SL, Progress SL-20, Progress T-20, Progress L, Progress T, Статус и др.

Инверторные приборы: очень точные и работают в широком диапазоне, выдают т.н. «чистый синус». Шум от работы 20-30 дБ. Наиболее дорогие и пока, небольшой выбор серий на рынке.

• Вполне комфортны в быту.
• Подходят под любые сценарии применения, мощность от небольших до, примерно, 30 кВт.
• Срок службы ~10 лет.
• Гарантия: обычно 1 год.

Пример серии: Штиль Инстаб.

Финальные советы

Если дочитав до данного отрезка статьи, вы не определились с выбором, то вот вам параметры от стабэксерт.ру, которые следует учитывать при выборе конкретного стабилизатора.

Мощность устройства

На это следует обратить внимание в первую очередь, вне зависимости от типа выбираемого прибора. Для определения требуемой мощности стабилизатора необходимо просуммировать электрическую нагрузку всех электроприборов, напряжение на которых предполагается стабилизировать

Значение мощности обычно указывается в паспорте электроприбора, и как правило, на прикреплённом к нему шильдике (табличке). Мощность лампы освещения указывается на её цоколе. Лучше, если мощность стабилизатора будет превышать установленную мощность электроприборов процентов на 20 – 30. Это убережет устройство от перегрузок и продлит срок его эксплуатации.

При оценке мощности следует учесть одно обстоятельство. Существует понятие полной, активной и реактивной мощности. В первую очередь нас интересует активная составляющая, измеряемая в ваттах, значение которой чаще всего и указывается на электроприборе. Однако некоторые производители стабилизаторов могут указывать полную мощность своих изделий, которая измеряется в вольт-амперах (В·А). Чтобы опять не вдаваться в теорию, для получения значения активной мощности, в этом случае можно умножить величину полной мощности на 0,9. Основная часть нагрузки бытовых потребителей носит активный характер. Реактивной составляющей обладают электрические двигатели и люминесцентное освещение.

Полезное: для вычисления мощности используйте наш калькулятор.

Тип стабилизатора

Этот выбор основывается на оценке основных характеристик рассматриваемых типов устройств и особенностях местной системы электроснабжения. Сравнивая параметры стабилизаторов различных типов, можно заметить, что выигрывая в одном качестве, прибор часто уступает в иных качествах стабилизаторам другого типа. В этом случае решающим фактором при выборе должен служить анализ параметров электроснабжения.

Например, в районах, характеризующихся устойчивыми длительными отклонениями уровня питающего напряжения в ту или иную сторону, логично сделать выбор в пользу стабилизаторов с плавной системой регулирования, имеющим сервопривод, как обладающих наиболее высокой точностью стабилизации. В такой же ситуации, но с отклонениями питающего напряжения в очень большом диапазоне, спасти положение поможет стабилизатор гибридного типа. Если же электропитание сопровождается весьма частыми и резкими скачками уровня напряжения, более надёжную защиту обеспечат стабилизаторы релейного или электронного типа.

Что касается устройств инверторного типа, то по заявляемым производителями характеристикам они являются универсальными. Главным вопросом с технической точки зрения является то, насколько близка к синусоиде реальная кривая выдаваемого этими аппаратами напряжения. Претензия к этим приборам с экономической точки зрения состоит в том, что пока они являются самыми дорогими.

Про надежность

И ещё о вопросах надёжности. Говоря о том, что электронные устройства, лишённые механических контактов и движущихся частей обладают более высокой надёжностью, мы только излагаем общую теоретическую концепцию. На практике, надёжность электронных приборов зависит от того, насколько удачным является само схемное решение, где каждый используемый компонент должен работать в рамках допустимых параметров и иметь соответствующее качество изготовления. Особенно большим потоком отказов страдают новые устройства, не прошедшие апробацию длительной эксплуатацией. Поэтому не редки ситуации, когда старые добрые механические устройства оказываются надёжнее новых электронных систем. Безусловно, это не следует принимать, как обязательное правило, эти явления скорее относятся к болезням роста. Будущее, конечно же, за электронной и микропроцессорной техникой, функциональность и надёжность которой постоянно растёт.

По теме: Какие стабилизаторы напряжения самые надежные >>>