Каков принцип работы у аппаратного блока перестановки
Перейти к содержимому

Каков принцип работы у аппаратного блока перестановки

  • автор:

Криптографический алгоритм «Кузнечик»: просто о сложном

В данной статье будет подробно рассмотрен алгоритм блочного шифрования, определенный в ГОСТ Р 34.12-2015 как «Кузнечик». На чем он основывается, какова математика блочных криптоалгоритмов, а так же как реализуется данный алгоритм в java.

Кто, как, когда и зачем разработал данный алгоритм останется за рамками статьи, так как в данном случае нас это мало интересует, разве что:

КУЗНЕЧИК = КУЗнецов, НЕЧаев И Компания.

Так как криптография в первую очередь основана на математике, то чтобы дальнейшее объяснение не вызвало уймы вопросов сначала стоит разобрать базовые понятия и математические функции, на которых строится данный алгоритм.

Поля Галуа

Арифметика полей Галуа — полиномиальная арифметика, то есть каждый элемент данного поля представляет собой некий полином. Результат любой операции также является элементом данного поля. Конкретное поле Галуа состоит из фиксированного диапазона чисел. Характеристикой поля называют некоторое простое число p. Порядок поля, т.е. количество его элементов, является некоторой натуральной степенью характеристики , где m ϵ N. При m=1 поле называется простым. В случаях, когда m>1, для образования поля необходим еще порождающий полином степени m, такое поле называется расширенным. – обозначение поля Галуа. Порождающий полином является неприводимым, то есть простым (по аналогии с простыми числами делится без остатка на 1 и на самого себя). Так как работа с любой информацией — это работа с байтами, а байт представляет из себя 8 бит, в качестве поля берут и порождающий полином:

Однако для начала разберем основные операции в более простом поле с порождающим полиномом .

Операция сложения

Самой простой является операция сложения, которая в арифметике полей Галуа является простым побитовым сложением по модулю 2 (ХОR).

Сразу обращаю внимание, что знак «+» здесь и далее по тексту обозначает операцию побитового XOR, а не сложение в привычном виде.

Таблица истинности функции ХОR

В полиномиальном виде данная операция будет выглядеть как

Операция умножения

Чтобы осуществить операцию умножения, необходимо преобразовать числа в полиномиальную форму:

Как можно заметить число в полиномиальной форме представляет собой многочлен, коэффициентами которого являются значения разрядов в двоичном представлении числа.

Перемножим два числа в полиномиальной форме:

Результат умножения 27 не входит в используемое поле (оно состоит из чисел от 0 до 7, как было сказано выше). Чтобы бороться с этой проблемой, необходимо использовать порождающий полином.

Также предполагается, что x удовлетворяет уравнению , тогда

Составим таблицу умножения:

Большое значение имеет таблица степеней элементов поля Галуа. Возведение в степень также осуществляется в полиномиальной форме, аналогично умножению.

Таким образом, составим таблицу степеней:

Таблица степеней обладает цикличностью: седьмая степень соответствует нулевой, значит восьмая соответствует первой и т.д. При желании можно это проверить.

В полях Галуа существует понятие примитивного члена – элемент поля, чьи степени содержат все ненулевые элементы поля. Видно, что этому условию соответствуют все элементы (ну кроме 1, естественно). Однако это выполняется не всегда.

Для полей, которые мы рассматриваем, то есть с характеристикой 2, в качестве примитивного члена всегда выбирают 2. Учитывая его свойство, любой элемент поля можно выразить через степень примитивного члена.

Воспользовавшись этим свойством, и учитывая цикличность таблицы степеней, попробуем снова перемножить числа:

Результат совпал с тем, что мы вычислили раньше.

А теперь выполним деление:

Полученный результат тоже соответствует действительности.

Ну и для полноты картины посмотрим на возведение в степень:

Такой подход к умножению и делению гораздо проще, чем реальные операции с использованием полиномов, и для них нет необходимости хранить большую таблицу умножения, а достаточно лишь строки степеней примитивного члена поля.

Теперь вернемся к нашему полю

Нулевой элемент поля — это единица, 1-й — двойка, каждый последующий со 2-го по 254-й элемент вычисляется как предыдущий, умноженный на 2, а если элемент выходит за рамки поля, то есть его значение больше чем , то делается XOR с числом , это число представляет неприводимый полином поля , приведем это число в рамки поля . А 255-ый элемент снова равен 1. Таким образом у нас есть поле, содержащее 256 элементов, то есть полный набор байт, и мы разобрали основные операции, которые выполняются в этом поле.

Таблица степеней двойки для поля

Для чего это было нужно — часть вычислений в алгоритме Кузнечик выполняются в поле Галуа, а результаты вычислений соответственно являются элементами данного поля.

Сеть Фейстеля

Сеть Фейстеля — это метод блочного шифрования, разработанный Хорстом Фейстелем в лаборатории IBM в 1971 году. Сегодня сеть Фейстеля лежит в основе большого количества криптографических протоколов.

Сеть Фейстеля оперирует блоками открытого текста:

  1. Блок разбивается на две равные части — левую L и правую R.
  2. Левый подблок L изменяется функцией f с использованием ключа K: X = f(L, K). В качестве функции может быть любое преобразование.
  3. Полученный подблок X складывается по модулю 2 с правым подблоком R, который остался без изменений: X = X + R.
  4. Полученные части меняются местами и склеиваются.

Рисунок 1. Ячейка Фейстеля

Сеть Фейстеля состоит из нескольких ячеек. Полученные на выходе первой ячейки подблоки поступают на вход второй ячейки, результирующие подблоки из второй ячейки попадают на вход третьей ячейки и так далее.

Алгоритм шифрования

Теперь мы познакомились с используемыми операциями и можем перейти к основной теме — а именно криптоалгоритму Кузнечик.

Основу алгоритма составляет так называемая SP сеть — подстановочно-перестановочная сеть (Substitution-Permutationnetwork). Шифр на основе SP-сети получает на вход блок и ключ и совершает несколько чередующихся раундов, состоящих из стадий подстановки и стадий перестановки. В «Кузнечике» выполняется девять полных раундов, каждый из которых включает в себя три последовательные операции:

  1. Операция наложения раундового ключа или побитовый XOR ключа и входного блока данных;
  2. Нелинейное преобразование, которое представляет собой простую замену одного байта на другой в соответствии с таблицей;
  3. Линейное преобразование. Каждый байт из блока умножается в поле Галуа на один из коэффициентов ряда (148, 32, 133, 16, 194, 192, 1, 251, 1, 192, 194, 16, 133, 32, 148, 1) в зависимости от порядкового номера байта (ряд представлен для порядковых номеров от 15-ого до 0-ого, как представлено на рисунке). Байты складываются между собой по модулю 2, и все 16 байт блока сдвигаются в сторону младшего разряда, а полученное число записывается на место считанного байта.

Последний десятый раунд не полный, он включает в себя только первую операцию XOR.

Кузнечик — блочный алгоритм, он работает с блоками данных длинной 128 бит или 16 байт. Длина ключа составляет 256 бит (32 байта).

Рисунок 2. Схема шифрования и расшифрования блока данных

На схеме показана последовательность операций, где S — нелинейное преобразование, L — линейное преобразование, Ki — раундовые ключи. Сразу возникает вопрос — откуда берутся раундовые ключи.

Формирование раундовых ключей

Итерационные (или раундовые) ключи получаются путем определенных преобразований на основе мастер-ключа, длина которого, как мы уже знаем, составляет 256 бит. Этот процесс начинается с разбиения мастер-ключа пополам, так получается первая пара раундовых ключей. Для генерации каждой последующей пары раундовых ключей применяется восемь итераций сети Фейстеля, в каждой итерации используется константа, которая вычисляется путем применения линейного преобразования алгоритма к значению номера итерации.

Схема получения итерационных (раундовых) ключей

Если вспомнить рисунок 1, то левый подблок L — левая половина исходного ключа, правый подблок R — правая половина исходного ключа, K — константа Ci, функция f — последовательность операций R XOR Ci, нелинейное преобразование, линейное преобразование.

Итерационные константы Ci получаются с помощью L-преобразования порядкового номера итерации.

Значит чтобы осуществить шифрование блока текста нам надо сначала рассчитать 32 итерационные константы, затем на основе ключа вычислить 10 раундовых ключей, и потом выполнить последовательность операций, представленных на рисунке 2.

Давайте начнем с вычисления констант:
Первая констант , однако все преобразования в нашем алгоритме выполняются с блоками длиной 16 байт, поэтому необходимо дополнить константу до длины блока, то есть дописать справа 15 нулевых байт, получим

Умножим ее на ряд (1, 148, 32, 133, 16, 194, 192, 1, 251, 1, 192, 194, 16, 133, 32, 148) следующим образом:

(данное равенство приведено в операциях полей Галуа)
Так как все кроме нулевого байта равны 0, а нулевой байт умножается на 1, то получим 1 и запишем его в старший разряд числа, сдвинув все байты в сторону младшего разряда, получим:

Повторим те же операции. На этот раз , все остальные байты 0, следовательно из слагаемых остается только первое , получаем:

Делаем третью итерацию, здесь два ненулевых слагаемых:

По таблице степеней можно было решить это гораздо проще:

Далее все точно также, всего 16 итераций на каждую константу

Стандарт шифрования данных (DES)

Аннотация: В этой лекции мы обсуждаем Стандарт шифрования данных (DES — DATA ENCRIPTION STANDARD) — современный блочный шифр с симметричными ключами. Наши основные цели для этой лекции: рассмотреть короткую историю DES; определить основную структуру DES; описать детали основных элементов DES; описать процесс генерации ключей для раундов; провести анализ DES. Особое внимание уделяется тому, как DES использует шифр Файстеля, чтобы достигнуть перемешивания и рассеивания на выходе из битов исходного текста к битам зашифрованного текста.

8.1. Введение

Стандарт шифрования данных (DES) — блочный шифр с симметричными ключами , разработан Национальным Институтом Стандартов и Технологии ( NIST – National Institute of Standards and Technology ).

История

В 1973 году NIST издал запрос для разработки предложения национальной криптографической системы с симметричными ключами .

Предложенная IBM модификация проекта, названная Lucifer, была принята как DES . DES были изданы в эскизном виде в Федеральном Регистре в марте 1975 года как Федеральный Стандарт Обработки Информации (FIPS – Federal Information Processing Standard).

После публикации эскиз строго критиковался по двум причинам. Первая: критиковалась сомнительно маленькая длина ключа (только 56 битов), что могло сделать шифр уязвимым к атаке «грубой силой». Вторая причина: критики были обеспокоены некоторым скрытым построением внутренней структуры DES .

Они подозревали, что некоторая часть структуры ( S -блоки) может иметь скрытую лазейку, которая позволит расшифровывать сообщения без ключа. Впоследствии проектировщики IBM сообщили, что внутренняя структура была доработана, чтобы предотвратить криптоанализ .

DES был наконец издан как FIPS 46 в Федеральном Регистре в январе 1977 года. Однако FIPS объявил DES как стандарт для использования в неофициальных приложениях. DES был наиболее широко используемым блочным шифром с симметричными ключами , начиная с его публикации. Позже NIST предложил новый стандарт ( FIPS 46-3), который рекомендует использование тройного DES (трехкратно повторенный шифр DES ) для будущих приложений. Как мы увидим далее, в лекциях 9-10, предполагается, что более новый стандарт AES заменит DES .

Общие положения

Как показано на рис. 8.1. , DES — блочный шифр .

Рис. 8.1. Шифрование и дешифрование в DES

На стороне шифрования DES принимает 64 -битовый исходный текст и порождает 64 -битовый зашифрованный текст; на стороне дешифрования DES принимает 64 -битовый зашифрованный текст и порождает 64 -битовый исходный текст. На обеих сторонах для шифрования и дешифрования применяется один и тот же 56 -битовый ключ.

8.2. Структура DES

Рассмотрим сначала шифрование , а потом дешифрование . Процесс шифрования состоит из двух перестановок ( P -блоки) — они называются начальные и конечные перестановки, — и шестнадцати раундов Файстеля. Каждый раунд использует различные сгенерированные 48 -битовые ключи. Алгоритм генерации будет рассмотрен в этой лекции позднее. Рисунок 8.2 показывает элементы шифра DES на стороне шифрования.

Начальные и конечные перестановки

Рисунок 8.3 показывает начальные и конечные перестановки ( P -блоки). Каждая из перестановок принимает 64 -битовый вход и переставляет его элементы по заданному правилу. Мы показали только небольшое число входных портов и соответствующих выходных портов. Эти перестановки — прямые перестановки без ключей, которые инверсны друг другу. Например, в начальной перестановке 58 -й бит на входе переходит в первый бит на выходе. Аналогично, в конечной перестановке первый входной бит переходит в 58 -й бит на выходе. Другими словами, если между этими двумя перестановками не существует раунда, 58 -й бит, поступивший на вход устройства начальной перестановки, будет доставлен на 58 -й выход финальной перестановкой.

Рис. 8.2. Общая структура DES

Рис. 8.3. Начальные и конечные шаги перестановки DES

Правила перестановки для этого P -блока показаны в таблице 8.1. Таблицу можно представить как 64 -элементный массив. Заметим, что работу с таблицей мы обсуждали, значение каждого элемента определяет номер входного порта, а порядковый номер (индекс) элемента определяет номер выходного порта.

Таблица 8.1. Таблица начальных и конечных перестановок

Начальные перестановки Конечные перестановки
58 50 42 34 26 18 10 02 40 08 48 16 56 24 64 32
60 52 44 36 28 20 12 04 39 07 47 15 55 23 63 31
62 54 46 38 30 22 14 06 38 06 46 14 54 22 62 30
64 56 48 40 32 24 16 08 37 05 45 13 53 21 61 29
57 49 41 33 25 17 09 01 36 04 44 12 52 20 60 28
59 51 43 35 27 19 11 03 35 03 43 11 51 19 59 27
61 53 45 37 29 21 13 05 34 02 42 10 50 18 58 26
63 55 47 39 31 23 15 07 33 01 41 09 49 17 57 25

Эти две перестановки не имеют никакого значения для криптографии в DES . Обе перестановки – без ключей и предопределенны. Причина, почему они включены в DES , не ясна и не была указана проектировщиками DES . Можно предположить, что DES был проектом, который предполагалось реализовать в аппаратных средствах (на чипах), и что эти две сложные перестановки должны были затруднить программное моделирование механизма шифрования.

Найдите выход начального блока перестановки, когда на вход поступает шестнадцатеричная последовательность, такая как

0x0002 0000 0000 0001

Вход имеет только две единицы — (бит 15 и бит 64 ); выход должен также иметь только две единицы (прямая перестановка). Используя таблицу 8.1, мы можем найти выход, связанный с этими двумя битами. Бит 15 на входе становится битом 63 в выходе. Бит 64 во входе становится битом 25 в выходе. На выходе будем иметь только две единицы — бит 25 и бит 63 .

Результат в шестнадцатеричном исчислении

0x0000 0080 0000 0002

Докажем, что начальные и финальные перестановки инверсны друг другу. Преобразуем полученную выходную последовательность во входную.

0x0000 0080 0000 0002

Единичные биты — 25 и 63 , другие биты равны нулю. В конечной перестановке 25 -й бит переходит в 64 -й, а 63 -й — в 15 -й. Результат

0x0002000000000001

Начальные и конечные перестановки – это прямые P -блоки, которые инверсны друг другу. Они не имеют значения для криптографии DES.

Принцип действия понижающего трансформатора

Большинство электрических инструментов, приборов, оборудования работает от сетевого напряжения переменного тока, равного 220 В. Но для низковольтных электропотребителей – галогенных осветительных приборов, низковольтных обогревателей, светодиодных светильников и других – его значение снижают до определенной величины. Для решения этой задачи применяются аппараты без подвижных компонентов – понижающие трансформаторы, которые понижают величину напряжения до нужного значения, оставляя частоту неизменной. Различные модели этих аппаратов могут использоваться в энергетической отрасли, промышленности, а также в быту для получения значения напряжения, безопасного для пользователя.

Устройство и принцип работы понижающего трансформатора

В состав аппарата входит ферромагнитный сердечник с двумя обмотками – первичной и вторичной. На обмотки наматываются проводники, каждый слой которых изолируется кабельной бумагой. Поперечное сечение проводника может быть круглым или прямоугольным (шина).

Первичная и вторичная обмотки между собой электрически не контактируют. Отсутствие электроконтакта обеспечивают изоляционные прокладки, изготовленные из электрокартона или других изоляторов. Большинство аппаратов со всеми компонентами заключается в защитный корпус.

  • На первичную обмотку, имеющую большее количество витков по сравнению с вторичной, поступает сетевой ток. Он образует магнитное поле, пересекающее вторичную обмотку.
  • Во вторичной обмотке образуется ЭДС, под воздействием которой генерируется выходное напряжение со значением, необходимым для электропитания электронных приборов. Отношение входного (высокого, ВН) напряжения к выходному (низкому, НН) равно отношению количества витков первичной обмотки к числу витков вторичной. Конструкция понижающего трансформатора может предусматривать одновременное подключение нескольких низковольтных потребителей.
  • В ходе трансформации происходят потери мощности, равные примерно 3 %.

Понижающий трансформатор

Понижающие трансформаторы не меняют частоту тока. Для ее изменения, в том числе для получения постоянного тока, в схему включают выпрямители. Чаще всего они представляют собой диодные мосты. Современные приборы могут дополняться другими полупроводниковыми и интегральными схемами, которые улучшают эксплуатационные характеристики аппаратов.

Чтобы определить, какой перед вами трансформатор – понижающий или повышающий, необходимо посмотреть маркировки обмоток. В понижающем аппарате первичной является высоковольтная обмотка, которая маркируется буквой «Н», вторичной – низковольтная обмотка, обозначаемая буквой «Х». В повышающем устройстве первичной является низковольтная обмотка «Х», вторичной – высоковольтная «Н».

Виды понижающих трансформаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия выделяют следующие типы устройств:

  • Стержневые. Эти модели, в которых обмотки располагаются вокруг сердечников магнитопровода, обладают средней или высокой мощностью. Стержневые понижающие трансформаторы имеют простую конструкцию, их обмотки легко изолировать, обслуживать и осуществлять ремонт. Их разновидность – броневые аппараты, в которых обмотки «броней» охватывают магнитопровод. Это простой и дешевый аппарат, но его трудно обслуживать и ремонтировать.
  • Тороидальные. Сердечник в таких аппаратах имеет форму тора. Тороидальные модели применяются в маломощных радиоэлектронных устройствах. Они легкие, имеют небольшие размеры, позволяют достигать высокой плотности тока. Ток намагничивания – минимальный. Аппараты могут выдерживать достаточно высокие температуры.
  • Многообмоточные. Имеют две или более вторичных обмоток. Позволяют получать несколько значений выходного напряжения, то есть обеспечивают питание нескольких потребителей.

По роду тока, с которым работают трансформаторы, их разделяют на:

  • Однофазные. Наиболее распространенный тип, имеющий профессиональное и бытовое применение. Фазный и нулевой провода электропроводки подсоединяются к первичной обмотке.
  • Трехфазные. Востребованы в энергетике, на производственных предприятиях, реже – в бытовых условиях. Служат для трансформации трехфазного напряжения.

Для чего нужен понижающий трансформатор

Для чего нужен понижающий трансформатор

Разнообразие конструкций, имеющихся в продаже, позволяет выбрать оптимальную модель для конкретной области применения:

  • В энергетической индустрии используют понижающие аппараты высокой мощности – до 1000 МВА. Выпускаемые модели – 765/220 кВ, 410/220 кВ, 220/110 кВ.
  • Для адаптации высокого напряжения к параметрам бытовой электросети используют малые распределительные трансформаторы, мощность которых достигает 1-5 МВА. На стороне высокого напряжения могут быть предусмотрены значения 10, 20, 35 кВ, на низкой – 400 или 230 В.
  • Для бытовой техники обычно применяют трансформаторы, изменяющие напряжение с 220-230 В до 42, 36, 12 В. Конкретная величина Uвых определяется требованиями потребителя.

При подборе оптимальных устройств учитывают суммарную мощность потребителей, напряжение на входе и выходе, необходимость (или ее отсутствие) изменения частоты, габариты и массу.

Стабилизаторы напряжения

Это устройства для автоматического поддержания напряжения на уровне 220 В при его высоких или низких значениях в питающей электросети. Защищают от его резких и значительных скачков и перепадов, фильтруют входные помехи и обеспечивают качественное электропитание приборов и оборудования в пределах их паспортных характеристик, тем самым повышая надёжность их эксплуатации и продлевая срок службы.

Выпускаются однофазные (220 В) и трёхфазные (380 В) стабилизаторы напряжения. Они подразделяются на несколько типов в зависимости от принципа работы, рабочих и эксплуатационных характеристик. Единственный их недостаток — они не могут питать электроприборы как при слишком глубоких провалах (менее 80-90 вольт) и перенапряжения (более 310-320 вольт) электросети, так и при отключениях электричества.

Типы, устройство и принцип работы

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Были разработаны в середине 60 годов прошлого века, их принцип работы основан на использовании явления магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей. Применялись такие устройства для регулировки напряжения питания бытовой техники (телевизор, радиоприёмник, холодильник и т.п.).

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Их преимущество заключается в высокой точности 1-3% и быстрой (для того времени) скорости регулирования. Недостаток — повышенный уровень шума и зависимость качества стабилизации от величины нагрузки. Современные устройства лишены этих недостатков, но стоимость их равна или выше стоимости ИБП (Источника Бесперебойного Питания) на такую же мощность, вследствие чего они широкого распространения в качестве бытовых не получили.

Электромеханические стабилизаторы напряжения. В 60-80-е годы прошлого века для регулирования напряжения применялись автотрансформаторы с ручной корректировкой (ЛАТР), вследствие чего приходилось постоянно следить за вольтметром (стрелочный или светящаяся линейка) и, при необходимости, вручную крутить ползунок с токосъёмными щётками. В настоящее время принцип работы автоматизирован с помощью электродвигателя с редуктором (сервопривода).

Электромеханический стабилизатор напряжения

Электромеханический стабилизатор напряжения

Единственные достоинства электромеханических стабилизаторов напряжения — низкая цена и хорошая точность регулировки 2-3%. Недостатков много — низкая скорость регулирования из-за инерционности двигателя и повышенный уровень шума: шумит электродвигатель и редуктор, и практически постоянно, т.к. отслеживаются изменения с шагом 2-4 вольта. Плюс к этому, добавляется повышенный износ механический частей и недолгий общий ресурс работы устройства в целом, что подтверждается сроком гарантии всего в 1 год. Также при резком увеличении значений сети часто кратковременно отключается нагрузка, т.к. стабилизатор не успевает погасить этот скачок, и напряжение на ней превышает максимально допустимое значение.

Вследствие всего вышесказанного получили распространение как дешёвые стабилизаторы для питания недорогой домашней электротехники.

Электронные стабилизаторы напряжения. Наиболее широкий класс устройств ступенчатого регулирования, обеспечивающих исключительное постоянство электропитания нагрузки с заданной точностью в широких пределах изменения входной сети. Принцип работы основан на автоматическом переключении секций автотрансформатора с помощью силовых ключей (реле, тиристоры, симисторы).

Структурная схема электронного трансформаторного стабилизатора напряжения

Структурная схема электронного трансформаторного стабилизатора напряжения

К их достоинствам можно отнести: высокое быстродействие, очень широкий входной диапазон, отсутствие искажения формы напряжения, высокий КПД, низкий уровень шума (только от вентиляторов охлаждения). Точность стабилизации определяется количеством ступеней регулирования и, в зависимости от модели, может составлять от 5 до 0.5%, а некоторые модели даже имеют возможность коррекции в пределах 210-230 вольт для лучшей адаптации к импортному оборудованию. Необходимо особо отметить высокую надёжность 3-х фазных конфигураций, где каждую фазу в отдельности регулирует независимый однофазный блок.

Электронный трансформаторный стабилизатор напряжения

Электронный трансформаторный стабилизатор напряжения

Несмотря на высокую стоимость, электронные стабилизаторы напряжения — это оптимальное соотношение цена/качество, и они заслуженно нашли наибольшее распространение на рынке высококачественных электроприборов.

Инверторные стабилизаторы напряжения. Самый молодой тип регуляторов, начал выпускаться во второй половине 10-х годов нашего столетия. Как и ИБП (источник бесперебойного питания), принцип работы основан на двойном преобразовании сетевого напряжения: сначала оно выпрямляется а затем заново преобразуется в переменное.

Структурная схема электронного инверторного стабилизатора напряжения

Структурная схема электронного инверторного стабилизатора напряжения

Их достоинства, в общем, такие же, как и у электронных стабилизаторов, но есть два существенных положительных отличия.

Во-первых, они не содержат трансформаторов и поэтому имеют небольшой вес и габариты, а во-вторых, они ещё имеют два встроенных электронных байпаса: автоматический и ручной.

К недостаткам можно отнести то, что в трёхфазных моделях при неполадках в любом контуре регулирования фазы два остальных тоже отключаются.

Электронные инверторные стабилизаторы напряжения

Электронные инверторные стабилизаторы напряжения

В общем, у инверторных стабилизаторов напряжения есть определённое будущее и существенный сектор применения

Основные характеристики

Мощность, отдаваемая в нагрузку, у качественных стабилизаторов эта характеристика постоянна и составляет 100% во всём рабочем диапазоне входного напряжения; в дешёвых моделях она будет падать пропорционально его снижению и может достигать 50-60% от номинала при значениях в сети 150-170 вольт. Запас по мощности должен составлять 25-30% от максимальной подключенной нагрузки.

  • рабочий — когда отклонения питающей электросети находятся в допустимых пределах, при которых на выходе обеспечивается заявленная величина стабилизации, например 220±5%;
  • предельный — когда стабилизатор переходит в режим компенсации сетевого напряжения, при котором его значения на выходе могут отличаться от номинала 220 В в большую или меньшую стороны до 15-18%. При превышении предельного диапазона, он обесточит нагрузку, сам при этом оставаясь подключенным к сети для её контроля, и при её возвращении обратно в рабочий, самостоятельно опять подаст напряжение в подключенные приборы.

Точность стабилизации выходного напряжения гарантируется только в рабочем входном диапазоне и может составлять 0,5-7% в зависимости от модели стабилизатора.

Перегрузочная способность — это устойчивость к кратковременным перегрузкам от электроприборов, имеющих высокие пусковые токи (например, электродвигатель погружного насоса, холодильника и т.п.).

Защита от перегрузки и короткого замыкания на выходе. В случае перегрузки стабилизатора напряжения, когда с него начинает сниматься мощность значительно превышающая номинальную в течение определённого периода времени (от 0,1 сек. до 1 мин. или немного более), срабатывает система защиты (время срабатывания зависит от величины перегрузки), которая отключит стабилизатор и тем самым предотвратит его поломку. Если в нём заложен функционал однократного повторного включения, то он снова включится в работу спустя некоторое время. Если при повторном включении перегрузка не устранилась, то он отключится окончательно, и уже потребуется вмешательство человека для выявления и устранения причин перегрузки или короткого замыкания.

Выходной контактор. В случае аварии стабилизатора или резкого импульсного скачка входного напряжения, он мгновенно отключит электроприборы и предотвратит их перегорание.

  • возможно установить западный стандарт 230В для импортных электроприборов, без подобной функции возможны сбои в их работе;
  • для ламп накаливания можно установить 210 вольт, что значительно увеличит срок их службы, световой же поток останется в пределах, заявленных производителем.

Автоматическое включение стабилизатора при возврате входного напряжения в рабочий диапазон. Т.к. стабилизатор отключает нагрузку в случае выхода параметров электросети за предельные значения, он должен также автоматически и подключать её, если входное напряжение вернулось в рабочие пределы, иначе придётся это делать вручную.

Наличие на входе и выходе стабилизатора напряжения фильтров подавления импульсных помех. Это полезная функция, которая защитит электроприборы от помех в радиочастотном диапазоне.

Климатическое исполнение. Большинства выпускаемых стабилизаторов напряжения имеют защиту IP20 и предназначены для установки в помещениях с температурой окружающей среды +5…+35°С, с относительной влажностью воздуха 35-90%, с атмосферой, не содержащей пыли, водяных брызг и т.д. Если температура будет опускаться ниже 0°С, потребуется установка в шкаф с подогревом. Начиная с 2012 года ведущие производители начали выпуск стабилизаторов со специальной климатической обработкой внутренних узлов, рассчитанных на температуру эксплуатации от -40 до +40°С.

Гарантийный и реальный срок службы. Ведущие производители дают 5-6 летнюю гарантию на свои стабилизаторы напряжения, а общий срок их службы с неизменностью рабочих характеристик составляет не менее 12-13 лет.

Стоимость. Косвенный показатель качества и надёжности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *