Різкі і значні перепади напруги змінного струму в мережі призводять до нестабільної роботи електронного обладнання та побутових електротехнічних пристроїв. У крайніх випадках такі перегони можуть стати причиною поломки електроніки та виходу її з ладу. Незамінним у цьому випадку виявляється застосування стабілізаторів напруги живильної мережі. Все частіше користувачі зупиняють свій вибір на інверторних стабілізатори напруги для будинку.
Огляд стабілізаторів напруги
Стабілізатори напруги мережі змінного струму історично розвивалися, використовуючи різні схемотехнічні рішення. В даний час існує декілька видів стабілізаторів:
- релейні стабілізатори напруги;
- електромеханічні стабілізатори з сервоприводом;
- електронні тиристорні або симісторні стабілізатори;
- інверторні стабілізатори напруги.
Вихідна напруга релейних стабілізаторів ступенями змінюється за рахунок перемикання обмоток мережевого трансформатора контактами потужних електромагнітних реле. Точність стабілізації визначається кількістю обмоток перемикаються. Таких обмоток може бути від 5 до 10. При перемиканні з однієї обмотки на сусідню вихідна напруга змінює своє значення приблизно на (15-20) Ст.
В електромеханічних стабілізаторах сервопривід постійного струму переміщує графітову щітку струмознімачів по витках обмотки автотрансформатора. Значення керуючого сигналу залежить від різниці вхідного і опорного напруги, відповідного значенню 220 В. При усуненні різниці пристрій керування двигуном сервоприводу переходить в режим спостереження.
В електронних стабілізаторах перемикання використовуються обмоток трансформатора виконавчими елементами відбувається під управлінням контролера.
Вузол перемикання виконаний на напівпровідникових симісторах або тиристорах. Робота контролера визначається програмним забезпеченням, встановленим на заводі-виробнику вироби.
Принцип роботи інверторного стабілізатора
В основу роботи інверторного стабілізатора напруги покладено принцип подвійного перетворення. Спочатку вхідна змінна напруга перетвориться в постійний струм, а потім здійснюється зворотне перетворення. Забезпечення на виході пристрою стабільної змінної напруги 220 В здійснюється електронікою інверторних стабілізаторів напруги.
Вона не має громіздких силових трансформаторів. Склад стабілізаторів включає наступні електронні блоки:
- вхідний мережевий LC фільтр;
- напівпровідниковий випрямний двухполуперіодний випрямляч;
- пристрій корекції коефіцієнта потужності;
- блок накопичувальних конденсаторів;
- інвертор-перетворювач;
- кварцовий тактовий генератор стабільної частоти;
- високочастотний вихідний фільтр;
- мікропроцесорний контролер.
Пасивний вхідний мережевий фільтр використовується для усунення високочастотних перешкод і згладжування коротких викидів напруги живильної мережі. Випрямляч перетворює змінну напругу в постійне, частина електричної енергії якого накопичується в блоці електролітичних конденсаторів великої ємності. Вони є резервним джерелом, вступає в роботу при появі провалів мережевої напруги або його короткочасному відключенні.
Завдання коректора полягає в нормалізації потужності, що відбирається від мережі, не допускаючи перевантаження стабілізатора при його роботі. Інвертор-перетворювач відновлює змінну напругу постійного. За рахунок участі в його роботі кварцового генератора вихідна напруга має форму чистої синусоїди частоти 50 Гц з похибкою, що не перевищує 0,5%.
Контролер управляє роботою ланцюгів стабілізації вихідної напруги і виробляє оцінку стану окремих блоків пристрою з видачею результатів на елементи індикації. Він видає команди на автоматичне відключення роботи стабілізатора у разі виходу значення вхідної напруги за діапазон регулювання, який визначається технічними характеристиками.
Технічні характеристики стабілізаторів
При виборі стабілізатора змінної напруги домашньої мережі велику увагу слід звернути на його основні технічні характеристики, до яких відносяться наступні:
- максимально допустима потужність навантаження, яку може забезпечити стабілізатор при збереженні параметрів якості мережевої напруги;
- допустимі коливання напруги, при яких напруга на виході стабілізатора зберігає своє значення з урахуванням вимог стандартів якості;
- швидкість вирівнювання, що визначає час відгуку стабілізатора на короткочасні быстропеременные зміни напруги для збереження вихідної напруги незмінним;
- форма вихідного сигналу, що наближається в ідеалі до синусоїди;
- точність параметрів стабілізованої напруги;
- ступінь захисту, що визначає можливість експлуатації стабілізатора в умовах екстремальних температур і підвищених значень відносного рівня вологості;
- форм-фактор, що визначає габарити стабілізатора;
- рівень перешкод, створюваний пристроєм, для роботи навколишнього обладнання.
Додатковим фактором, що впливає на вибір стабілізатора, може служити наявність елементів візуальної індикації та сигналізації.
Вона повинна інформувати користувача повною мірою про значеннях вхідних і стабілізованих параметрів і попереджувати про виникнення критичних ситуацій.
Особливості інверторних стабілізаторів
Відсутність у них громіздких феромагнітних трансформаторів зі складною структурою обмоток значно полегшило конструкцію. Інверторні стабілізатори напруги не містять рухомих частин сервоприводів, що не вимагає періодичного обслуговування в процесі експлуатації і робить роботу стабілізаторів практично безшумною. В якості силових елементів використовуються IGBT або MOSFET напівпровідникові прилади, виготовлені за сучасними технологіями.
Використання кварцових тактових генераторів дозволяє отримувати вихідну змінну напругу, форма якого наближається до чистого пазухи. Схемні рішення дозволяють виправляти не ідеальну форму вхідної напруги. Управління всіма функціями здійснюється під управлінням мікроконтролера.
Показники інверторних стабілізаторів
Схемні і технічні рішення, реалізовані в інверторних стабілізаторах напруги, дозволяють виробляти готові вироби, показники яких суттєво відрізняються від показників стабілізаторів інших типів в кращу сторону. Провідні вітчизняні і зарубіжні виробники створюють лінійки виробів, розраховані на різні рівні потужності споживачів. Вони починаються від потужності 300 ВА. Інверторний стабілізатор напруги 10 кВт (кВА) є не останнім у цьому ряду.
Що стосується інших показників. Інверторні стабілізатори напруги з подвійним перетворенням зберігають на виході стабілізовану напругу 220 В з відхиленням не більше 1% при змінах напруги в діапазоні 90-310 Ст. Похибка показань по частоті при цьому не перевищує 0,5%. Швидкість стабілізації знаходиться на рівні 10 мс, що дозволять в якості навантаження використовувати прецизійні вимірювальні прилади. При цьому здійснюється повне придушення імпульсних перешкод.
Висновок
Інверторні стабілізатори напруги поступово завойовують ринок мережевих стабілізаторів. Після ознайомлення з матеріалами статті читачі зрозуміють, що це цілком заслужено. Технічні та схемні рішення, які використовуються в таких виробах, дозволяють досягти показників, недосяжних для інших типів стабілізаторів. Їх ціна, яка поступово знижується, виправдовує ті переваги, які отримують користувачі таких пристроїв після їх придбання.
