Какие бывают стабилизаторы и в чем их отличия?
Стабилизатор переменного напряжения является преобразующим устройством, которое корректирует поступающее из сети напряжение и доводит его до номинального значения (220/230 В для однофазной и 380/400 В для трехфазной сети), которое поддерживается в непрерывном режиме и поступает на подключенные электроприборы.
В настоящее время на российском рынке электропитания представлено несколько типов стабилизаторов напряжения, а именно: релейные, электромеханические, электронные и инверторные модели. В зависимости от типа они способны нивелировать сетевые перепады, просадки и перенапряжения в определенных диапазонах с различной скоростью и точностью, фильтровать сетевые помехи и защищать нагрузку от кратковременных пропаданий электросети.
Подробно разберем главные отличия самых распространенных на отечественном рынке стабилизаторов напряжения.
Характеристики и особенности релейных стабилизаторов
В данных устройствах применена трансформаторная технология коррекции сетевого напряжения. В своем составе приборы имеют автотрансформатор, блок силовых реле и электронную плату управления.
Процесс стабилизации напряжения в релейных моделях выполняется следующим образом: плата управления устройства непрерывно анализирует значение входного сигнала, поступающего из сети и, если возникает скачок или просадка напряжения, то силовое реле стабилизатора коммутирует необходимый сегмент трансформаторной обмотки, чтобы входное напряжение приобрело номинальное значение.
Поскольку регулировка напряжения в данных изделиях происходит ступенчато, то их реакция на изменение параметров сети происходит с некоторой задержкой, которая может доходить до 10-20 мс. Из-за недостаточного быстродействия такие стабилизаторы не могут обеспечить качественную защиту от резкого повышения напряжения или его просадок. Частые скачки, происходящие в электросети, снижают качество работы силового реле и значительно ускоряют его износ.
Точность выходного напряжения у релейных моделей зависит от количества ступеней регулировки и скорости их. Как правило, погрешность выходного сигнала у них может доходить до 10% от номинального значения, что не подходит для электрочувствительных приборов. Кроме того, из-за дискретности стабилизации происходят микроразрывы в электропитании и искажение формы выходного сигнала.
За счет того, что в схеме релейных моделей нет электронных компонентов, которые могут подвергаться нагреванию или страдать от конденсата, устройства не требуют специального охлаждения и способны работать при минусовой температуре внешней среды, доходящей до -20° С.
Также важно отметить, что реле в стабилизаторах во время своей работы издает характерные щелчки, из-за чего приборы, как правило, устанавливаются в нежилых помещениях.
Основные преимущества и недостатки релейных стабилизаторов приведены в таблице ниже:
| Недостатки | Преимущества |
|
|
Релейные стабилизаторы в основном выбирают для защиты нетребовательной к качеству электропитания нагрузки (например, кухонных электроприборов, систем освещения, телевизионной техники и некоторых электроинструментов) в относительно стабильных электросетях. Приборы могут устанавливаться в отдельных технических помещениях, не имеющих отопления.
Характеристики и особенности электронных стабилизаторов
По схеме своей работы данные устройства аналогичны релейным типам, только в своем составе вместо силовых реле они имеют электронные ключи – симисторы или тиристоры.
Процесс коррекции напряжения в электронных моделях управляется микропроцессором, который при обнаружении отклонения параметров сети активизирует силовой ключ, коммутирующий необходимую обмотку трансформатора для получения выходного напряжения, максимально приближенного к номинальному значению.
Электронные ключи имеют меньший размер по сравнению с силовыми реле, поэтому такие стабилизаторы более компактны в размерах. Кроме того, в схеме работы электронных моделей отсутствуют какие-либо подвижные элементы, поэтому они считаются более надежными и издают меньше шума при работе по сравнению с релейными типами.
Электронным стабилизаторам, как и релейным моделям, характерна дискретность (ступенчатость) коррекции напряжения. Хотя она может быть более плавной и проявляться в меньшей степени, но все-таки может вызывать помехи в работе некоторых электрочувствительных нагрузок.
Большое количество обмоток трансформатора и высокая скорость их переключения (быстродействие – в среднем составляет 10 мс) позволяет электронным моделям справляться с резкими скачками напряжения и корректировать входной сигнал с более высокой точностью по сравнению с устройствами релейного типа. В среднем диапазон входных напряжений в таких моделях составляет 130-270 В, а погрешность выходного сигнала – 5%. Однако устройства не способны справляться со значительными просадками сети, а точности стабилизации входного сигнала может быть недостаточно для потребителей, особо чувствительных к качеству напряжения, например, компьютерной техники.
Также важным недостатком электронных приборов является несинусоидальная форма выходного напряжения (трапециевидная или прямоугольная, в зависимости от модели), которая может быть вызвана работой силовых ключей – симисторов/тиристоров. Такая особенность функционирования накладывает ограничение на использование данных устройств для определенных типов нагрузок. Кроме того, некоторые электронные модели имеют небольшую перегрузочную способность, которая может составлять всего 40%. Частые и значительные перегрузки в таких устройствах могут приводить к раннему выходу из строя силовых ключей.
Основные преимущества и недостатки электронных стабилизаторов приведены в следующей таблице:
| Недостатки | Преимущества |
|
|
Электронные модели обладают более высокими техническими характеристиками по сравнению с релейными типами, что позволяет их применять в электросетях, в которых случаются резкие и значительные перепады напряжения. Однако для нагрузки с электродвигателями они не подойдут, так как искаженная форма напряжения может негативно сказаться на работе такой нагрузки. Также не рекомендуется использовать данный тип стабилизаторов с профессиональной аудио- и видеотехникой по причине помех, создаваемых в процессе коммутации обмоток трансформатора, которые могут испортить качество звука или изображения.
Характеристики и особенности инверторных стабилизаторов
Инверторные стабилизаторы являются устройствами нового поколения за счет совершенного иного принципа действия по сравнению с другими типами. Они основаны на технологии двойного преобразования энергии или Instant Reaction & Double Conversion (IRDC), предполагающей мгновенную реакцию и двойное преобразование.
В схеме работы инверторных моделей нет автоматического трансформатора и коммутационных элементов, а вместо них присутствуют такие элементы, как выпрямитель, конденсатор, инвертор и микроконтроллер.
Во время работы инверторных устройств входное нестабильное напряжение сначала выпрямляется и накапливается в конденсаторе, а затем с помощью инвертора переводится обратно в переменное, но уже с эталонными характеристиками. В результате на нагрузку непрерывно подаётся сигнал высокой точности (±2%) и идеальной синусоидальной формы независимо от сетевых параметров. За счет такого принципа действия инверторные модели способны мгновенно реагировать на скачки и просадки сетевого напряжения в достаточно широком диапазоне, который составляет 90-310 В.
Благодаря наличию конденсатора, который накапливает электроэнергию, инверторные модели обеспечивают надёжную защиту нагрузки от значительных и резких перепадов электроэнергии, а также кратковременных пропаданий сетевого напряжения (до 0,2 с). Поскольку инверторные модели в своем составе не имеют механических подвижных элементов, они не издают неприятных звуков во время своей работы. Однако в некоторых моделях, как правило, с выходной мощностью более 1 кВА, может присутствовать небольшой шум от системы охлаждения, сравнимый с работой кулеров персонального компьютера или ноутбука.
Инверторные стабилизаторы обладают самым большим количеством электронных защит по сравнению с релейными и симисторным/тиристорными устройствами. Они способны автоматически восстанавливаться после сетевых аварий (когда напряжение выходит за рабочий диапазон стабилизатора), короткого замыкания, перегрузки по выходу, перегрева и сбоев в работе. Кроме того, встроенные сетевые фильтры и варистор выполняют защиту от импульсных перенапряжений и высокочастотных помех.
Инверторные модели способны эффективно работать со многими бензиновыми и дизельными генераторами, корректируя не только значение напряжения, но и его форму. Высокая перегрузочная способность (до 150%) позволяет устройствам справляться с пусковыми токами оборудования, в составе которого присутствуют электромоторы.
Практически во всех моделях присутствует автоматический байпас, с помощью которого обеспечивается бесперебойная работа нагрузки в случаях, когда в работе стабилизатора происходит сбой или повреждение.
Единственный существенный недостаток, свойственный инверторным моделям, – это их высокая цена. Но это объясняется тем, что данные устройства обладают гораздо большим функционалом и возможностями по сравнению с другими типами стабилизаторов. Основные преимущества и недостатки инверторных стабилизаторов приведены в сравнительной таблице ниже:
| Недостатки | Преимущества |
|
|
За счет своих высоких технических характеристик и широкого функционала инверторные модели активно используются не только в быту, но и в коммерческих и производственных сферах. Они способны обеспечить надёжную защиту от нестабильного напряжения самых электрочувствительных приборов, к которым относятся системы отопления, насосное оборудование, холодильные установки, системы видеонаблюдения, мультимедийная техника, компьютерные устройства и др.
Сравнение основных характеристик разных типов стабилизаторов
Сравнение основных технических характеристик релейных, электронных и инверторных стабилизаторов приведено в таблице:
| Тип стабилизатора | Тип регулирования | Время реакции, мс | Диапазон входного напряжения, В | Точность стабилизации выходного напряжения, % | Коррекция искажений сети | Коррекция входного коэффициента мощности | Автономное питание нагрузки, мс |
| Инверторный | непрерывное | 0 | 90-310 | 2 | есть | есть | 200 |
| Релейный | дискретное | до 20 | 160-260 | от 5 до 10 | нет | нет | - |
| Электронный | дискретное | 5-20 | 130-270 | от 5 до 10 | нет | нет | - |
Технические характеристики некоторых моделей стабилизаторов напряжения могут отличаться от значений, которые приведены в вышеуказанной таблице.
Модельный ряд инверторных стабилизаторов «Штиль»
Крупнейший российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает широкий модельный ряд однофазных и трехфазных инверторных стабилизаторов с выходной мощностью от 0,35 до 20 кВА, среди которых:
- однофазные модели настенного и напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 0,35 до 20 кВА;
- трехфазные модели напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА;
- модели конфигурации 3 в 1 напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА (предназначены для защиты однофазной нагрузки в трехфазной электросети).
