Типы стабилизаторов напряжения и их главные отличия

Какие бывают типы стабилизаторов?

Стабилизатор переменного напряжения – это преобразующее устройство, 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.

На российском рынке электропитания представлено несколько типов стабилизаторов напряжения: релейный, электромеханический, электронный и инверторный. Каждый из них способен 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 типов стабилизаторов напряжения.

Характеристики и особенности стабилизаторов релейного типа

У этих типов стабилизаторов применена трансформаторная технология коррекции сетевого напряжения. В своем составе приборы имеют автотрансформатор, блок силовых реле и электронную плату управления.

Процесс стабилизации в релейных изделиях выполняется через трансформатор. Плата управления устройства непрерывно анализирует значение входного сигнала, поступающего из сети и, если возникает скачок или просадка напряжения, то силовое реле прибора коммутирует необходимый сегмент трансформаторной обмотки, чтобы входное напряжение стало приближенным к номинальному значению.

Так как регулировка вольтажа у них ступенчатая, поэтому срабатывание на изменение параметров сети выполняется с задержкой, которая может доходить до 10-20 мс. Из-за недостаточного быстродействия они не обеспечивают полноценную 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 сигнала у релейных типов стабилизаторов зависит от количества ступеней регулировки и её скорости. Погрешность выходного сигнала у них может доходить до 10% от номинального значения, что не подходит для электрочувствительных приборов. Из-за дискретности корректировки сигнала происходят микроразрывы в электропитании и искажение формы выходного сигнала.

В схеме релейных устройств нет электронных компонентов, которые могут подвергаться нагреванию или страдать от конденсата, поэтому они не требуют специального охлаждения и способны работать при минусовой температуре внешней среды, доходящей до -20° С.

Их внутренний блок силовых реле во время корректировки сигнала издает характерные щелчки при переключении сегментов отмотки трансформатора. Из-за этого они в основном устанавливаются в нежилых помещениях.

Сильные и слабые стороны релейных типов стабилизаторов приведены в таблице ниже.

Релейные типы стабилизаторов подходят 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 стабилизаторов электронного типа

По схеме своей электронные типы стабилизаторов аналогичны релейным типам, только в своем составе вместо силовых реле они имеют электронные ключи – симисторы или тиристоры.

Процесс коррекции напряжения у них контролирует микропроцессор. При обнаружении отклонения параметров сети активизируется силовой ключ (тиристор или симистор), который коммутирует необходимую обмотку трансформатора для преобразования выходного напряжения, приближенного к номинальному значению.

Электронные ключи имеют меньший размер по сравнению с силовыми реле, поэтому устройства более компактны в размерах. В схеме электронных моделей отсутствуют какие-либо подвижные элементы. Поэтому они более надежны и практически бесшумны.

Электронным устройствам, как и релейным, характерна дискретность (ступенчатость) коррекции напряжения. Хотя она может быть более плавной и проявляться в меньшей степени, но все-таки может вызывать помехи у электрочувствительных нагрузок.

Большое количество обмоток трансформатора и высокая скорость их переключения (быстродействие – в среднем составляет 10 мс) позволяет им справляться с резкими скачками 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 они не способны справляться со значительными просадками сети, а точности стабилизации входного сигнала может быть недостаточно для потребителей, чувствительных к качеству вольтажа, например, компьютерной техники.

Важным недостатком электронных типов является несинусоидальная форма выходного напряжения (трапециевидная или прямоугольная), которая может создаваться силовыми ключами – симисторами/тиристорами. Эта особенность накладывает ограничение на их использование для определенной нагрузки, например, в составе которой присутствуют электромоторы. Некоторые модели имеют небольшую перегрузочную способность, которая может составлять всего 40%. Из-за этого частые и значительные перегрузки могут приводить к раннему выходу из строя силовых ключей.

Преимущества и недостатки электронных стабилизаторов приведены в таблице ниже.

У электронных типов стабилизаторов лучшие параметры по сравнению с релейными. Они применяются в электросетях, в которых случаются резкие и значительные перепады. Однако для нагрузки с электродвигателями они не подойдут, так как искаженная форма напряжения может негативно сказаться на такой нагрузке. Также не рекомендуется использовать данный тип стабилизаторов с профессиональной аудио- и видеотехникой по причине помех, создаваемых при коммутации обмоток трансформатора, которые могут испортить качество звука или изображения.

Характеристики и особенности стабилизаторов инверторного типа

Инверторные стабилизаторы – это модели 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 их схеме 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.

Встроенные конденсаторы у инверторных моделей, накапливающие электроэнергию, 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 устройствах с выходной мощностью более 1 кВА может слышаться небольшой шум от системы охлаждения, сравнимый с работой кулеров персонального компьютера или ноутбука.

Инверторные приборы имеют электронную защиту практически от всех основных сетевых аварий. Они способны автоматически восстанавливаться после сетевых аварий (когда сигнал выходит за их рабочий диапазон), 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. Он обеспечивает бесперебойное питание нагрузки, когда в работе приборов происходит сбой или повреждение их внутренних узлов.

Единственный существенный недостаток, свойственный инверторным моделям, – это их высокая цена. Но это из-за того, что они обладают лучшими техническими параметрами и большими возможностями. Сильные и слабые стороны инверторных типов стабилизаторов приведены в сравнительной таблице ниже:

За счет своих возможностей и функционала инверторные модели используются в бытовой, а также в коммерческих и производственных сферах. Они надежно защищают от нестабильной сети самые электрочувствительное оборудование, к которому относится 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 типов стабилизаторов приведено в таблице ниже.

Модельный ряд инверторных стабилизаторов «Штиль»

Крупнейший российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает однофазные и трехфазные инверторные стабилизаторы с выходной мощностью от 0,35 до 20 кВА:

• 1 в 1 настенного и напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 0,35 до 20 кВА;
• 3 в 3 напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА;
• 3 в 1 (с трехфазным входом и однофазным выходом) напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА (для защиты однофазной нагрузки в трехфазной электросети).

Основные технические характеристики инверторных приборов бренда «Штиль» приведены в следующей таблице:

Обзор инверторных стабилизаторов напряжения IS5000 (5 кВА / 4,5 кВт) и IS7000 (7 кВА / 5,5 кВт) «Штиль»