Стабилизаторы напряжения – средство автоматической защиты от перепадов в сети
Проблемы с сетевым напряжением, в частности резкие провалы, скачки, высоковольтные выбросы, искажения формы сигнала, отрицательно сказываются на повседневной работе большинства бытовых и коммерческих электроприборов: котлов отопления, холодильной техники, насосного оборудования, компьютеров и IT инфраструктуры и прочей нагрузки, без которой современному человеку сегодня практически не обойтись.
Поэтому на рынке присутствует устойчивый спрос на технические средства, минимизирующие или полностью исключающие негативное воздействие нештатных сетевых ситуаций на ответственные электроприборы. Одним из самых популярных таких средств, особенно в бытовом секторе, является стабилизатор напряжения. Его основная функция – удержание величины питающего нагрузку выходного напряжения в допустимых пределах при значительных отклонениях поступающего из электросети входного.
На рынке присутствует огромный ассортимент стабилизаторов напряжения от отечественных и зарубежных производителей: начиная от самых простых бюджетных моделей для потребительского сектора и заканчивая премиальными моделями для работы на особо ответственных объектах в отраслях медицины, связи, энергетики и транспортном секторе. Несмотря на видимое разнообразие моделей и их ценовых категорий, все присутствующие ранее в магазинах стабилизаторы можно было отнести к одному из трех основных типов: релейным, электромеханическим и электронным (симисторным/тиристорным). Они неплохо справлялись с проблемами сети, однако обеспечить полноценную защиту техники от проблем с качеством электроснабжения из-за своего принципа работы не могли.
Ситуация изменилась с появлением на рынке стабилизаторов напряжения инверторного типа, которые, во-первых, смогли обеспечить качество стабилизации, не доступное для рассмотренных выше типов стабилизаторов старого поколения, а во-вторых, избавлены от всех присущих им недостатков.
Остановимся далее подробнее на недостатках стабилизаторов старого поколения и рассмотрим подробнее особенности инверторных устройств, объясняющие их конструктивное, техническое и функциональное превосходство над всеми типами приборов, представленных на рынке.
Недостатки стабилизаторов старого поколения
Стабилизаторы напряжения старого поколения (релейные, электромеханические и симисторные/тиристорные типы) имеют ряд принципиальных недостатков, которые обусловлены схемой их работы. Принцип действия данных устройств основывается на использовании автотрансформатора и коммутационных элементов (реле, сервопривода иди полупроводниковых ключей), за счет работы которых выполняется коррекция сетевого напряжения. Если входное напряжение изменяется, блок управления стабилизатора фиксирует его разницу с номинальным значением, после чего коммутационное устройство переключается на нужную обмотку трансформатора, которая способна обеспечить наиболее приближенное к номиналу значение выходного напряжения.
Из-за инерционности регулирования напряжения сети трансформаторные стабилизаторы характеризуются:
- не мгновенной реакцией на сетевые перепады (у электромеханических моделей скорость срабатывания может быть более 100 мс, что недопустимо особенно для высокоточного электронного оборудования, используемого, в частности, при организации систем связи);
- возможной подачей на нагрузку высокого напряжения (до 330 В) при резких и значительных сетевых скачках;
- ступенчатой регулировкой напряжения и, соответственно, не высокой точностью его коррекции (у релейных и симисторных/тиристорных стабилизаторов);
- трансляцией искажений сети (несинусоидальности формы напряжения) на выход, что особо критично в распространённых случаях некачественного электропитания;
- возможностью общего негативного влияния на внешних потребителей и электропроводку, связанную с отсутствием фильтрации и коррекции тока нагрузки;
- наличием движущихся элементов в конструкции, необходимостью их регулярного обслуживания для обеспечения безотказной работы и характерным шумом во время их работы (у электромеханических и релейных стабилизаторов).
Начало производства стабилизаторов нового поколения
Указанные выше проблемы решили инверторные стабилизаторы напряжения (альтернативное название – стабилизаторов с двойным преобразованием), которые были разработаны и впервые выпущены на рынок в 2015 году российским производителем систем электропитания «Штиль». Данные приборы, построенные на основе ранее не использованного в стабилизаторах принципа двойного преобразования энергии, по праву стали называться устройствами нового поколения. Они являются результатом научной деятельности высококвалифицированных специалистов ГК «Штиль», среди которых доктора и кандидаты технических наук, чьи работы запатентованы и отмечены престижными международными наградами и грантами.
Благодаря лучшим техническим, функциональным, массогабаритным показателям, инверторные устройства быстро себя зарекомендовали в практическом применении и стали очень популярны на отечественном рынке. В настоящее время они активно используются для защиты как бытовой нагрузки, так и специализированной ответственной электротехники в сфере IT, телекоммуникаций, торговли и производства. Все больше покупателей отдают свое предпочтение именно инверторным устройствам и, согласно анализу их отзывов, остаются очень довольны своим выбором.
Тренд уловили и другие производители и со временем начали выпуск своих моделей, во многом конструктивно аналогичных изделиям «Штиль».
В настоящее время инверторные стабилизаторы прочно заняли свою нишу на рынке систем электропитания и демонстрируют на нём высокие показатели по непрерывному увеличению покупательского спроса, постепенно вытесняя релейные, электромеханические и другие стабилизаторы старого поколения.
Особенности инверторных стабилизаторов
Рассмотрим подробнее, почему инверторные стабилизаторы являются устройствами нового поколения, в чем их особенности и чем они отличаются от приборов старого поколения.
Устройство и структурная схема
В отличие от стабилизаторов «классической компоновки» (релейных, электромеханических и электронных) инверторные приборы не содержат в своем составе автотрансформатора и сопряжённых с ним коммутационных элементов. Вместо этих блоков в них на основе полупроводниковых элементов реализована электронная схема, главными компонентами которой являются выпрямитель, инвертор, промежуточные конденсаторы, выполняющие роль накопителей энергии, и управляющий микроконтроллер.
Внимание!
В схеме работы инверторных стабилизаторов напряжения могут быть и другие элементы. Например, производитель «Штиль» оснащает свои изделия:
- фильтрами высоких частот, обеспечивающих защиту от высокочастотных помех в диапазоне 100 кГц – 30 МГц;
- варистором (УЗИП 3 класса) для защиты от импульсных перенапряжений;
- корректором коэффициента мощности, который обеспечивает синусоидальную форму потребляемого из сети тока при любом типе нагрузки, тем самым нивелируя её влияние на входную сеть.
Рисунок 1 – Структурная схема инверторного стабилизатора «Штиль»
В силовой схеме инверторных стабилизаторов отсутствуют крупные металлические элементы и коммутационные устройства, что значительно улучшает их массогабаритные характеристики. Другой особенностью конструкции этих устройств является полное отсутствие подвижных деталей, склонных к механическому износу, и, как следствие, большой рабочий ресурс. Например, срок службы инверторных моделей «Штиль» составляет более 10 лет, в течение которых приборы не требуют специфического технического обслуживания и замены расходных материалов.
Принцип работы (технология двойного преобразования)
Работа инверторных стабилизаторов напряжения построена на основе успешно применяемого в ИБП топологии on-line принципа двойного преобразования энергии (см. рисунок 2).
Рисунок 2 – Принцип двойного преобразования энергии
Выпрямитель выполняет первое преобразование энергии. Он переводит входное переменное напряжение в промежуточное постоянное, которое затем поступает в накопитель-конденсатор, а после на инвертор.
Конденсатор (промежуточный накопитель энергии) накапливает электрический заряд, за счет чего обеспечивается непрерывность стабилизации напряжения и отсутствие задержек при реагировании на колебания сети даже при резком скачке напряжения.
Инвертор производит второе преобразование энергии. Промежуточное постоянное напряжение он трансформирует обратно в переменное, но уже с необходимыми техническими параметрами.
Форма и величина генерируемого инвертором конечного (выходного) напряжения полностью не зависят от величины и формы сетевого напряжения. За счет данной особенности исключается влияние сетевых проблем на качество выходного сигнала и, соответственно, на работу ответственной нагрузки.
Другая важная особенность данной схемы – безостановочное регулирование входного напряжения и, как следствие, отсутствие задержек при реагировании на его колебания. Для стабилизации напряжения устройству с двумя последовательными преобразованиями не требуется совершать каких-либо дополнительных действий помимо непрерывной и независящей от качества питающей сети работы выпрямителя и инвертора.
Преимущества и недостатки
Большинство потребителей интересует не только теоретическая информация о принципе двойного преобразования энергии, но и практические преимущества реализованных на его базе устройств.
Рассмотрим подробнее положительный эффект, который принесёт каждое из преимуществ инверторного стабилизатора.
| Преимущества | Описание |
| Мгновенная стабилизация напряжения | Полностью исключает влияние перепадов напряжения на подключенную к стабилизатору нагрузку, соответственно и риск её повреждения при сетевом перепаде. Расширяет спектр допустимых для подключения нагрузок. |
| Широкий диапазон входного напряжения (90-310 В) | Обеспечивает работу стабилизатора и подключенной нагрузки даже при значительных отклонениях сетевого напряжения. |
| Коррекция напряжения с высокой точностью (±2%) | Гарантирует корректную и устойчивую работу нагрузки, требующей строго номинального либо максимально приближенного к номинальному значения входного напряжения, например, газового котла, циркуляционного насоса. |
| Бесступенчатая (плавная) регулировка входного напряжения | Избавляет процесс стабилизации напряжения от таких «побочных» эффектов, как мерцание светильников, искажение картинки и звука у аудио- и видеооборудования. |
| Идеальная синусоидальная форма выходного напряжения | Устраняет негативное воздействие несинусоидальных искажений сети на подключенных потребителей, например, электронику газового котла, приборы с электродвигателями или электронные системы управления электромоторами. |
| Бесперебойная работа нагрузки | Обеспечивает защиту потребителей от отключения при кратковременных пропаданиях напряжения в электросети (до 0,2 с). |
| Фильтрация входных и выходных помех, защита от импульсных перенапряжений | Нейтрализует сетевые помехи и помехи, наводимые подключенными электроприборами. |
| Многоуровневая электронная защита | Обесточивает стабилизатор в случае серьёзной сетевой аварии, а также при перегреве, перегрузке или сбое в работе. |
| Широкий диапазон входной частоты | Упрощает совместную работу стабилизатора и генератора. |
| Электронный байпас | Обеспечивает бесперебойную работу нагрузки при перегрузке стабилизатора. |
Некоторые вышеперечисленные преимущества есть только у инверторных стабилизаторов напряжения бренда «Штиль»!
Какие недостатки есть у стабилизаторов с двойным преобразованием? Их гораздо меньше, чем преимуществ. Все они представлены в таблице ниже.
| Недостатки | Описание |
| Высокая цена | За счет своей технологичности инверторные модели имеют более высокую стоимость по сравнению со стабилизаторами других типов. Однако, следует понимать, что, приобретая качественный инверторный стабилизатор, пользователь получает лучшие технические характеристики и защиту самого высокого уровня. |
| Невозможность работать при минусовых температурах окружающей среды | Из-за наличия в схеме работы электронных компонентов инверторные устройства не могут работать при минусовой температуре окружающей среды. При такой эксплуатации внутри их корпуса может образовываться конденсат, что приведет к короткому замыканию. Данные изделия устанавливаются внутри помещений или в климатических шкафах. |
Некоторые пользователи в качестве недостатка инверторных стабилизаторов называют шум, который происходит во время работы их принудительной системы охлаждения. Вентиляторы действительно могут издавать негромкий шум во время своего вращения, однако их громкость не превышает громкость звука работы классического системного блока персонального компьютера. В данной ситуации многое зависит от индивидуального восприятия – если подобный уровень шума доставляет дискомфорт, то стабилизатор с вентиляторным охлаждением не стоит размещать в жилой комнате. Тем более существуют инверторные стабилизаторы с естественным (безвентиляторным) охлаждением – их мощности вполне хватит для питания используемых в подобных помещениях электроприборов.
Некоторые производители, только недавно освоившие выпуск инверторных стабилизаторов, изготавливают еще «сырые» изделия, имеющие гораздо больше недостатков, чем указано в данной таблице!
Основные отличия от устройств старого поколения
За счет технологии двойного преобразования энергии инверторные стабилизаторы имеют отличительные технические характеристики, которых нет у трансформаторных типов устройств, а именно:
- мгновенную стабилизацию напряжения даже при резких и значительных сетевых перепадах;
- работу в расширенном диапазоне напряжений (например, у моделей «Штиль» он составляет от 90 до 310 В);
- коррекцию входного сигнала с высокой точностью (например, у стабилизаторов «Штиль» отклонение от номинального значения составляет не более 2%);
- идеальную синусоидальную форму выходного напряжения независимо от формы сигнала на входе;
- бесперебойную работу ответственной электротехники при кратковременных обрывах сети (например, не более 200 мс у всех изделий «Штиль»).
Кроме того, в инверторных устройствах производства «Штиль» применена инновационная система многоуровневой аварийной защиты, которая включает в себя защиту от короткого замыкания, длительной перегрузки, перегрева, предельно повышенного и критически пониженного напряжения, а также интеллектуальную защиту нагрузки от сбоев в работе стабилизатора.
Сравнение технических характеристик инверторных стабилизаторов с другими типами устройств приведено в таблице ниже:
| Тип стабилизатора | Тип регулирования | Время реакции, мс | Диапазон входного напряжения, В | Точность стабилизации выходного напряжения, % | Коррекция искажений сети | Коррекция входного коэффициента мощности | Выходное напряжение при резких перепадах входного, В | Автономное питание нагрузки, мс |
| Инверторный | непрерывное | 0 | 90-310 | 2 | есть | есть | 220/230 (без изменения) | 200 |
| Релейный | дискретное | 10-20 | 120-276 | от 5 до 10 | нет | нет | до 330 | — |
| Тиристорный, симисторный | дискретное | 5-20 | 120-276 | от 5 до 10 | нет | нет | до 330 | — |
| Электромеханический | плавное | >100 | 130-276 | 2-3 | нет | нет | до 330 | — |
Наглядно сравним особенности коррекции сетевого напряжения инверторным стабилизатором и устройствами предыдущего поколения.
| Тип устройства | Преобразователь напряжения | Коммутационное устройство | Схема преобразования напряжения | Периодичность стабилизации напряжения |
| Релейный, электромеханический или симисторный/ тиристорный стабилизатор | автотрансформатор | реле, сервопривод или полупроводниковые ключи |
переменное напряжение → переменное напряжение (форма напряжения на выходе будет зависеть от её формы на входе) |
преобразование только в момент отклонения значения сетевого напряжения от номинального |
| Инверторный стабилизатор |
выпрямитель и инвертор |
— |
переменное напряжение → постоянное напряжение → переменное напряжение (значение и форма выходного напряжения не зависят от данных параметров на входе) |
непрерывное преобразование (исключает попадание на нагрузку некачественного сигнала даже при резких скачках напряжения) |
На основании всего вышесказанного можно с полной ответственностью заявить, что на сегодняшний день инверторные стабилизаторы являются уникальными техническими решениями, которые по своим техническим характеристикам, конструктивным особенностям и функционалу сильно превосходят решения старого поколения!
Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль»
Производитель систем электропитания «Штиль», объединяющий передовые российские научно-производственные предприятия, уже много лет является неоспоримым лидером в области разработки и производства инверторных стабилизаторов. Компания накопила колоссальный опыт в данном направлении. Ежегодно объем выпускаемой ею продукции непрерывно растет, ассортимент инверторных стабилизаторов на момент написания данной статьи превышает 50 моделей (предложение конкурентов обычно ограничивается только несколькими изделиями).
Выпускаемые под брендом «Штиль» устройства можно считать образцовыми стабилизаторами инверторного типа, которые по максимуму используют все преимущества технологии двойного преобразования энергии, отличаются высоким качеством изготовления и обеспечивают эталонный уровень защиты (подтверждено практическими испытаниями).
Модельный ряд инверторных стабилизаторов «Штиль», объединённый в серию «ИнСтаб», включает в себя:
- однофазные стабилизаторы настенной (навесной) установки с выходной мощностью 0,35-20 кВА;
- однофазные стабилизаторы напольной/стоечной установки с выходной мощностью 1-20 кВА;
- стабилизаторы с уникальной конфигурацией 3 в 1, предназначенные для питания однофазных электроприборов в сети 380/400 В;
- трехфазные стабилизаторы напольной/стоечной установки с выходной мощностью 6-20 кВА.
