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.
