Что такое инвертор: принцип работы, разновидности и области применения

История появления преобразователя

В конце 1800-х годов американский электрик-пионер Томас Эдисон (1847−1931) вышел из своей лаборатории, чтобы продемонстрировать, что постоянный ток (DC) является лучшим способом подачи электроэнергии, чем переменный ток (AC), который был новой системой, поддерживаемой его сербским соперником Николой Тесла (1856−1943). Эдисон пробовал всевозможные хитрые способы убедить людей в том, что AC слишком опасен: от электроочистки слона до поддержки использования переменного тока в электрическом стуле для управления смертной казнью. Несмотря на это, система Tesla выиграла тот день, и мир с тех пор довольно много работает на электросети.

Единственная проблема заключается в том, что, хотя многие из наших приборов предназначены для работы с переменным током, маломощные генераторы часто производят постоянный. Это означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от аккумуляторной батареи постоянного тока в мобильном доме, вам потребуется устройство, которое преобразует DC в AC-инвертор, как его называют.

Типовые схемы инверторов напряжения

Существуют большое число вариантов построения схем инверторов. [13] [14] Исторически первыми были механические инверторы, которые в эпоху развития полупроводниковых технологий заменили более технологичные инверторы на базе полупроводниковых элементов, и цифровые инверторы напряжения. Но все же, как правило, выделяют три основные схемы инверторов напряжения:

• Мостовой ИН без трансформатора

Три полезные функции

При сварке одна из самых непростых задач — это необходимость держать электрод на расстоянии нескольких миллиметров от поверхности. Если Вы все же коснетесь им металла, то электрод сразу прилипнет к детали и во вторичной обмотке произойдет короткое замыкание. Если его с силой не оторвать, то обычный трансформатор перегреется и сразу включится тепловая защита (а если ее нет, то сгорит обмотка).

Такие процессы часто происходят в обычных сварочных аппаратах, однако инвертор упрощает работу: благодаря функции antistick при малейшем касании поверхности детали моментально снижается сила тока, что исключает прилипание электрода к металлу. И любой пользователь без проблем оторвет его от детали.

С зажиганием дуги тоже не возникнет никаких проблем — в момент инициации автоматически повышается значение сварочного тока (функция HOT START).

В случае, если Вы слишком близко поднесли электрод к заготовке, то с помощью функции arc force повышается значение силы тока. В результате деталь и электрод подплавляются, что позволяет восстановить расстояние между ними, исключая прилипание.

Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров

Самый простой способ изменить величину uн заключается в регулировании величины подводимого Uип, если такая возможность имеется. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электрической энергии как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея не имеют данной возможности. Поэтому регулировка частоты и величины выходного uн полностью возлагается на инвертор.

Для регулирования величины uн одну пару диагонально противоположных транзисторов следует открыть несколько ранее, чем в рассмотренном выше случае. Поэтому алгоритмом системы управления следует предусмотреть сдвигу управляющих сигналов. Например, подаваемых на открытие VT1 и VT4 относительно импульсов управления, подаваемых на базы VT2 и VT3, на некоторый угол, называемый углом управления α.

Обратите внимание, что амплитудное значение uн остается неизменной величины и приблизительно равно значению Uип, но действующее значение uн будет снижаться по мере увеличения угла управления α. Рассмотрим, как это работает.

На интервале времени от t1 до t2 открыта пара транзисторов VT1 и VT4; iн протекает справа налево, как показано на схеме. В момент t2 закрывается первый транзистор и открывается второй. Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает практически до нуля, соответственно снижается и iн.

Далее из системы управления поступает команда и VT2 открывается, а VT4 закрывается. Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току iн изменить свое направление, и он протекает по прежней цепи, только уже через диоды VD2 и VD3 встречно источнику питания. Длительность этого процесса продолжается до точки времени t4. В точке t4 под действием приложенного Uип iн изменяет знак на противоположный.

Ремонт прибора

Ремонт этих устройств для преобразования одного вида напряжения в другой, лучше производить в сервисных центрах, где персонал имеет высокую квалификацию и впоследствии предоставит гарантии выполненных работ. Чаще всего любые современные качественные преобразователи состоят из нескольких сотен электронных деталей и если нет явных сгоревших элементов, то найти поломку и устранить её будет очень сложно.

Будет интересно➡  Как выбрать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Некоторые же китайские недорогие устройства данного типа, вообще, в принципе лишены возможности их ремонта, чего нельзя сказать об отечественных производителях. Да может они немного громоздкие и не компактные, но зато подлежат ремонту, так как многие из их деталей можно заменить на аналогичные.

Выбор инвертора (преобразователя напряжения)

Любительский

Инвертором называют устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, меняя при этом величину напряжения.

Инверторы, преобразующие 12 В или 24 В в 220 В, становятся все востребованнее – ведь сфер применения этим приборам много:

• автопутешествия – в дороге через инвертор к автомобильному аккумулятору можно подключить необходимые приборы – холодильник, насос, электроинструмент;
• использование в системах альтернативных источников энергии — к примеру, для потребления электричества, выработанного солнечными батареями;
• организация резервного источника электроснабжения для домашних нужд. Простая связка автомобильный аккумулятор + инвертор при неожиданном отключении электричества как минимум поддержит освещение в доме. Такая схема, кстати, имеет очень большое распространение в соседнем Китае – там аккумуляторы с инверторами нередкие гости в домах;
• на даче или при строительстве загородного дома, кода линия электричества еще не подведена, или ее в принципе нет, а бензогенератор ставить не хочется.

И это еще не все ситуации, когда инвертор облегчит вам жизнь.

Если вы уже задумались о покупке такого прибора, то следует разобраться – какие виды преобразователей напряжения бывают, и как подобрать оптимальный вариант под ваши нужды, не переплачивая лишних денег.

Первое, с чем нужно определиться – зачем вам нужен инвертор?

Самые простые, миниатюрные и маломощные инверторы, подключаемые в машинахк прикуривателю, организуют «обычную розетку» для подключения прибора небольшой мощности – зарядки телефона или ноутбука, подзарядки фонарика. При этом не нужно будет возить с собой ворох проводов, для питания каждого из устройств от прикуривателя. Вы просто будете подключать родной провод в организованную розетку.

Через автомобильный прикуриватель не стоит подключать инвертор с нагрузкой выше 150 Вт – можно вывести из строя всю электропроводку автомобиля и нарваться на дорогостоящий ремонт. Потребителей выше 150 Вт следует подключать только напрямую к аккумулятору, через клеммы.

К таким преобразователям можно подключить уже более мощные приборы. Для уменьшения потерь КПД и надежности, подключение мощных инверторов к клеммам аккумулятора следует проводить не «крокодильчиками», которыми иногда комплектуется прибор, а медными клеммами, под винт. Сечение и длину проводов подключения выбирайте исходя из расчета потерь тока, а не по нагреву.

Читайте также:  Аккумуляторы для телефонов ток заряда

Следующее, на что стоит обратить внимание – форма тока, которую выдает инвертор. Это важный момент, так как он определяет, какое оборудование вы сможете подключить к инвертору. Есть два вида:

• чистая синусоида – токовая кривая в виде ровной синусоиды. К такому инвертору можно подключать любые приборы, без опасений за их сохранность. Недостатком этого типа можно назвать только высокую стоимость – для получения чистого синуса требуется сложная электрическая схема.

• модифицированная синусоида – вид токовой кривой, напоминающей синусоиду, но на деле являющейся ступенчатой характеристикой. К инвертору с модифицированным синусом не стоит подключать: асинхронные двигатели, компрессоры, чувствительные к помехам устройства. Приборы даже если и будут работать при таком питании, но с заметным ухудшением качества – звуковая аппаратура будет «фонить», насосы и двигатели сильно греться и шуметь. Самое меньшее зло в этой ситуации будет – уменьшение КПД, большее (при постоянной эксплуатации) – их скорый выход из строя, из-за тяжелого режима работы.

Но это не значит, что инвертор с модифицированным синусом использовать не рекомендуется. Он не окажет негативного влияния на качество работы ламп освещения, нагревательных приборов, оборудования с импульсными блоками питания (ноутбуки, телефоны), большинство телевизоров, электроинструмент с коллекторными двигателями (лобзики, дрели). Однако для обеспечения работы электроинструмента от инвертора лучше докупить устройство плавного пуска – чтобы пусковые токи не выходили за пределы допустимого.

При выборе инвертора обязательно нужно продумать, что вы хотите к нему подключать, и уже после этого решать – готовы вы платить за устройство с чистым синусом, или оптимальной покупкой для вас будет менее дорогое устройство с модифицированной синусоидой.

Все преобразователи напряжения обладают двумя характеристиками по мощности –постоянная мощность и пиковая мощность прибора. Нужно различать эти два параметра.

Постоянная мощность говорит о том, с какой нагрузкой сможет справляться инвертор в длительном режиме работы. В зависимости от потребностей, можно подобрать устройство как невысокой мощности от 60 до 1000 Вт, так и серьёзный агрегат с мощностью от 1000 Вт и выше, позволяющий организовать мини-электростанцию на выезде.

Постоянную мощность необходимо выбирать таким образом, чтобы оставался запас, хотя бы 20 % – ни одно устройство не будет работать хорошо на пределе своих возможностей, поэтому не экономьте на этом моменте. Также не следует забывать о возможностях аккумулятора, ведь его емкость ограничена.

Пиковая мощность определяет предельную кратковременную нагрузку – от 150 до 10000 Вт. К примеру, пусковой ток холодильника, подключаемого к инвертору, как правило, в несколько раз выше номинальной мощности – это следует учитывать. Если вы не рассчитаете мощность инвертора для покрытия пускового тока, то прибор-потребитель не сможет начать работать.

Если инвертор будет работать от аккумулятора не снятого, а работающего от генератора машины, помните, что ток нагрузки инвертора не должен превышать выдаваемого тока генератора.

На деле подбор подходящей мощности не так уж и сложен, рассмотрим пример.

Подключаемая нагрузка: холодильник (15 Вт), зарядка ноутбука (80 Вт), зарядка телефона (60 Вт). Здесь, конечно, следует учесть пусковой ток холодильника, превышающий номинальный в 3-4 раза. Получится, что в момент включения холодильник потребит (в худшем случае) до 60 Вт. В итоге имеем, что для означенной нагрузки нам хватит инвертора в 300 Вт.

Конечно, не все инверторы работают с высоким КПД, при расчете мощности следует плюсовать к нагрузке еще возможные потери в кабеле, в зажимах и прочее – но вцелом видно, что для обеспечения минимально необходимых нужд сильно мощный инвертор не нужен. В большинстве случаев для комфортного туризма хватит прибора мощностью до 600 – 700 Вт, то есть с суммарным током нагрузки около 50 А, что гораздо меньше тока стандартного генератора на современных машинах.

Другой расклад получается, если вы захотите использовать инвертор для подключения электроинструмента – лобзиков, дрелей и др. Здесь уже целесообразно использование мощных инверторов – от 1 кВт и выше.

Преобразователи напряжения бывают различного уровня входного напряжения. Устройства до 2,5-3 кВт как правило работают от входного напряжения 12 В. Более мощные устройства, рассчитанные на выдачу нескольких киловатт, выпускаются на более высокие уровни напряжения – 24 и 48 В. Поэтому, выбирая инвертор, обратите внимание не только на мощность, но и на параметры входного напряжения:

• максимальное входное напряжение от 12 до 30 В
• минимальное входное напряжение от 9,2 до 24 В

Практически все инверторы оборудованы теми или иными видами защит, которые следят за параметрами работы, и помогают избежать критических ситуаций, действуя на отключение или звуковой сигнал:

• защита от избыточного напряжения на входе
• защита от короткого замыкания
• защита от неправильного подключения
• защита от низкого напряжения на входе (в том числе помогает избежать переразряда аккумулятора, отключая нагрузку при падении напряжения до заданной величины)
• защита от перегрева
• защита от перегрузки

Читайте также:  Сила тока при наступлении резонанса

Для подключения нагрузки у преобразователей напряжения могут быть предусмотрены различные выходы:

Устройство с необходимыми вам типами и количеством выходов выбирайте исходя из того, какое оборудование нужно подключить. Выходы постоянного тока с уровнем напряжения 12 – 28 В понадобятся для подключения специального автооборудования: магнитол, ТВ-приемников, подогрева сидений, автохолодильников). USB-порты пригодятся для подзарядки мобильных устройств. Выходы в виде розеток потребуются для «универсального» подключения электроприборов. При этом типы розеток могут быть различны:

Также встречаются преобразователи напряжения, не рассчитанные на подключение потребителя 220 В, и преобразующие 24 В в 12 В и 12 В в 24 В – у таких устройств розеток нет.

Длина кабеля инвертора может достигать 100 м. С одной стороны, кабель длиной 10-100 м — это удобно: обеспечивает мобильность устройства, его можно переносить, не трогая аккумулятор. С другой стороны, не стоит забывать, что каждый кабель является слабым звеном электросистемы, так как на нем происходят потери мощности. Поэтому не стоит гнаться за длиной кабеля. Лучше обратите внимание на его качество – чем толще кабель, тем выше его сечение и меньше потерь электричества он будет создавать. Чем гибче кабель – тем качественнее его материалы и меньше вероятность повреждения от загибов.

Инверторы выпускаются в корпусах из различных материалов:

• алюминий
• алюминий и пластик
• металл
• металл и пластик
• пластик

С точки зрения пассивного охлаждения лучше всего инверторы в алюминиевом корпусе – он обеспечивает максимальный отвод тепла. Но для инверторов с активным охлаждением (вентилятором в корпусе), где проблема отвода тепла решена, лучшим вариантом будет корпус из стали – как более прочный. Комбинированные корпуса из алюминия+пластик или стали+пластик тоже хороший вариант, а вот корпус из одного пластика допустим только для маломощного прибора.

Устанавливать любой инвертор в машине необходимо так, чтобы обеспечивалось его охлаждение, то есть он не должен быть закрыт. Засунуть работающий инвертор в бардачок или в кейс – не лучший вариант.

В недорогом ценовом сегментедо 1400 рублей вы найдете инверторы небольшой мощности – до 200 Вт, с модифицированной синусоидой, рассчитанные на подключение к прикуривателю и питание мелких приборов.

В среднем ценовом сегменте от 1400 до 5000 рублей уже встретятся приборы помощнее – до 800 Вт, рассчитанные по большей части на подключение к аккумулятору, но все с той же модифицированной синусоидой.

В дорогом ценовом сегменте от 5000 и выше можно найти приборы как с чистым синусом, так и с модифицированным, но высокой мощности – до 5000 Вт.

Можно подвести итог: при выборе инвертора, не гонитесь за высокой мощностью прибора, т.к. все остальное оборудование может не вывезти такую нагрузку. Лучше обратите внимание на качество сборки, комплектующие и материалы. Стоить хороший качественный прибор даже средней мощности не будет дешево. Для некоторых видов оборудования подойдет инвертор только с чистым синусом на выходе. Не поленитесь рассчитать нагрузку перед подключением – и у вас не будет неприятных сюрпризов в последствии.

Источник



Инверторы, работающие от гнезда 12 В

Электричество постоянного и переменного тока

Когда преподаватели науки объясняют основную идею электричества как поток электронов, они обычно говорят о постоянном токе (DC). Мы узнаем, что электроны немного похожи на линию муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии так же, как муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для чего-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема (сплошная электрическая петля), соединяющая батарею, лампу и выключатель, а электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к лампе, пока вся энергия батареи истощается.

В больших бытовых приборах электричество работает по-другому. Источник питания, который поступает от розетки в стене, основан на переменном токе (AC), где электричество переключается в направлении 50−60 раз в секунду (другими словами, на частоте 50−60 Гц). Трудно понять, как AC доставляет энергию, когда он постоянно меняет свое мнение о том, куда он идет. Если электроны, выходящие из настенной розетки, добираются, скажем, на несколько миллиметров вниз по кабелю, тогда нужно обратить вспять направление и вернуться назад, как они когда-либо добираются до лампы на столе, чтобы та засветилась?

Ответ на самом деле довольно прост. Представьте, что между лампой и стеной заполнены электроны. Когда вы щелкаете на переключателе, все электроны, заполняющие кабель, вибрируют назад и вперед в нитях лампы — и это быстрое перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и лампа засвечивается. Электроны необязательно должны вращаться по кругу для переноса энергии: в АС они просто «бегут на месте».

Синусоида и квазисинусоида

Выходной сигнал большинства инверторов заметно отличается от нормальной синусоиды: он имеет ступенчатую форму. Для нагревательных приборов, ламп накаливания, а также оборудования с импульсными блоками питания такое питание подойдет, а вот звуковая аппаратура начинает фонить. Устройства с трансформаторными блоками питания могут перегреться и даже выйти из строя.

Какой инвертор вам нужен?

Самые слабенькие инверторы рассчитаны на мощности около 200 Вт и подключаются в гнездо 12 В. С их помощью можно подзарядить смартфон, запитать ноутбук, нагреть паяльник и т. п. Но никакой серьезный инструмент типа электролобзика работать от такого устройства не сможет.

Материалы по теме
USB-зарядки для телефонов: выбрали лучшие

Мощные инверторы — от 1 кВт — подключают непосредственно на клеммы АКБ. Хотите воспользоваться болгаркой или дрелью мощностью под 800 ватт — не забудьте пустить мотор машины. ­В противном случае батарея не продержится и часа.

На эти две группы мы и разбили приобретенные для экспертизы инверторы (они же — преобразователи напряжения) — слабенькие и мощные.

Сетевые инверторы (по другому грид (grid-tie) инверотры) в сравнении с гибридными инверторами (HYBRID)

Сетевой инвертор

Сетевой инвертор — это одновременно и инвертор и солнечный контроллер с технологией МРРТ.

Но у сетевого инвертора совсем другая идеология, нежели чем у рассмотренного нами выше обычного, подключаемого к аккумуляторным батареям, высокочастотного инвертора со встроенным солнечным контроллером. Он отличается принципиально. Эта идеология имеет свои истоки от других условий стран Евро-зоны, США и др.

Вот так выглядит, например, сетевой инвертор мощностью 500 Вт. На первый взгляд ничего необычного. Только удивляет отсутствие клемм для подключения аккумуляторов.

Идеология сетевого инвертора – энергию, полученную от солнечных панелей (соединённых на ВЫСОКОЕ напряжение, обычно в диапазоне 200 – 600 В), преобразовать сразу в переменное ВЫСОКОЕ напряжение 220 В и сразу подавать её в промышленную сеть, синхронизируясь с ней.

Так как, напряжение на входе и на выходе высокое, можно обойтись без трансформаторов, что должно удешевлять сетевые инвертора (хотя они почему-то стоят раза в 2 дороже обычных батарейных инверторов).

Как используют сетевые инверторы за рубежом? Если нагрузка в доме большая, а солнечной энергии поступает немного, то она вся уходит на домашнее потребление. Если же нагрузки почти нет, и солнце в зените – тогда эта не используемая владельцем энергия закачивается в промышленную энергосеть. Т.е. его счётчик крутится в обратную сторону, сматывая показания.

Кроме того, сетевой инвертор обходится и без аккумуляторных батарей! Иначе пришлось бы их, подсоединять к очень высокому напряжению (на линию между узлом солнечного контроллера и узлом инвертора), что весьма опасно.

Получается, что вместо аккумуляторов задействуется огромная электросеть. В неё можно качать солнечную электроэнергию, выкручивая счётчик в большой минус, а потом, вечером, или гораздо позже, в зимний период, возвращать себе обратно то, что отдавали летом! Промышленная электросеть это гигантский неисчерпаемый аккумулятор, вечный и не имеющий потерь.

Но, к сожалению, пока в России есть два фактора, которые сводят на нет все преимущества сетевых инверторов:

1. У нас не разрешено частным лицам что-либо закачивать в сеть. И таких счётчиков (которые позволяют вычитать обратную энергию) больше нет. Причём многие современные счётчики эту энергию (которая подаётся обратно в сеть) приплюсуют к потреблённой, и счета за электричества увеличатся!
2. Если в Европе электричество практически не отключают, и там зачастую можно не иметь резервную систему на аккумуляторах, то в России такие отключения и аварии не редкость.

Поэтому аккумуляторные батареи жизненно необходимы не только в случае полной автономии, но и для резерва, даже если сеть 220 В имеется.

Хотим обратить Ваше внимание, что в случае отключения промышленного 220 В, сетевой инвертор не будет выдавать свои 220 В даже если светит солнце и энергии как бы в избытке.

Его конструкция сделана так, что промышленное 220 В для него является опорным и ведущим. И, кроме того, по требованиям безопасности – чтобы когда ничего не подозревающий электрик отключит подачу сетевого 220 В и, допустим, приступит к ремонту сети голыми руками, — чтобы его не убило, сетевой инвертор не должен при этом продолжать генерировать 220 В.

Поэтому, если электричество в сети исчезнет, а будет установлен только сетевой инвертор с солнечными панелями, то вы останетесь без электричества. Большие деньги затрачены, а резервного электроснабжения не будет.

В известной пословице говорится «Что русскому хорошо, то немцу — смерть».

Сетевой инвертор доказывает нам правильность и обратного утверждения — Что немцу хорошо, — то русскому «смерть»!

И так будет, пока регламент электросетей не изменят, пока у нас аварии электроснабжения не прекратятся, пока электричество не перестанут планово отключать…

Гибридные инверторы

Что же такое гибридный инвертор (HYBRID)? Это вершина эволюции инверторов. Это и обычный, то есть батарейный, и сетевой инвертор, объединённые в один, то есть в гибрид!

Гибридный инвертор, как и сетевой инвертор, умеет синхронизироваться с промышленной сетью и подкачивать туда энергию как от аккумуляторов, так и от солнечных панелей с солнечным контроллером. Т.е. он умеет делать не только тоже, что и сетевой инвертор, но и больше. Например, «умощнять» сеть при перегрузках – при возникновении необходимости, он сможет приплюсовать к выделенной мощности сети мощность от аккумуляторов и/или от солнечного контроллера. Гибрид будет работать и при исчезновении в сети 220 В. Гибрид по вашему желанию может ограничить подкачку солнечной энергии только в домашнюю сеть или же и во внешнюю сеть. Т.е. проблема со счетчиками, плюсующими отданную энергию к счетам на оплату, снимается.

Гибрид накладывает свой синус на синус сети с чуть большей амплитудой и может перехватывать на себя всю нагрузку или часть нагрузки. Если в меню установлено разрешение подкачки пока напряжение на 1 аккумуляторе будет выше 12,7 В (что соответствует 100% заряда), то при отсутствии внешнего поступления энергии (например от Солнца), подкачка прекратится, и тогда далее всё будет питаться только от сети. Появится Солнце — снова продолжится подкачка, настолько, насколько позволит эта энергия солнца, или насколько израсходуют потребители.

Отметим, что аккумуляторы при наличии сетевого 220 В не расходуются и не портятся, хотя солнечная энергия подкачивается в сеть.

Но можно и разрешить небольшой разряд аккумуляторов – это позволит подкачивать накопленное и вечером, правда ресурс аккумуляторных батарей тогда будет в небольшой степени сокращаться.

Подкачка необходимой энергии непосредственно в домашнюю сеть — на порядок лучше, чем автоматическое переключение потребителей с сети, на 220 В получаемые от аккумуляторов и солнечных панелей, не только потому, что в последнем случае расходуются, а значит портятся аккумуляторы, но и потому что частые переключения ведут к ускоренному износу внутреннего реле в обычном инверторе.

Наличие аккумуляторов как резерва, позволяет гибридным инверторам работать и при исчезновении 220 В в сети.

Ещё один плюс гибридов – только они могут обеспечить трёхфазное автономное или резервное напряжение.

В этом случае используются три инвертора, каждый на свою фазу. Они связанны между собой дополнительными проводами для обеспечения синхронной работы со смещением фаз на 120 градусов.

Естественно возможна и генерация всех трёх фаз от аккумуляторов, либо регенерация одной или двух исчезнувших фаз.

А ведь если необходимо обеспечить питание трехфазных двигателей или трёхфазных насосов, без таких инверторов не обойтись.

Получается, что только гибридные инверторы это единственное идеальное решение для России.

Наш совет
В России, для дома или офиса, правильней всего приобретать гибридные инверторы.
Исключение – мощные мегаваттные солнечные электростанции (в них используются сетевые инверторы).
Ещё сетевые инверторы могут быть востребованы промышленными предприятиями потребляющими энергию только днём, при условии, что им не нужно резервирование, и район очень солнечный.

Низкочастотные инверторы с обычным трансформатором и с трансформатором в виде тора

Посмотрите ещё раз на обычный низкочастотный трансформатор в инверторе с номинальной мощностью 6 кВт (справа), и на инвертор аналогичной мощности, но на трансформаторе в виде тора (слева).

Заметно, что тор немного меньше по размерам. Это потому что тор имеет большее КПД.

Кроме того, тор даёт меньше наводок, т.к. всё электромагнитное поле концентрируется вокруг этого «бублика». Обычный же трансформатор излучает помехи перпендикулярно обмоткам.

Трансформатор в виде тора имеет меньшее потребление энергии на холостом ходу.

Сравним эти параметры у двух показанных инверторов.

У американского инвертора TrippLite 6 кВт с обычным трансформатором потребление энергии на холостом ходу 72 Вт, а у российского инвертора МАП SIN аналогичной мощности с трансформатором в виде тора — 20 Вт. КПД первого 89%, КПД второго 96%. Вес TrippLite 55 кг, а МАП SIN 41 кг.

Единственный недостаток торообразного трансформатора – большая цена, т.к. в изготовлении он заметно сложнее.

Однако, самые именитые и дорогие мировые бренды, из-за непревзойдённых параметров торов, используют в своих инверторах только низкочастотные трансформаторы в виде тора.

Тор в инверторе Xtender XTH 6000-48 (мощность 5 кВт, потребление на ХХ 22 Вт, КПД 96%, вес 42 кг, цена около 6000 долл)

Наш совет
Если имеется достаточно средств, то лучше предпочесть низкочастотный инвертор с трансформатором в виде тора.

Что предстваляет собой инвертор

Одним из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Вестингауза, босса Westinghouse Electrical Company) является то, что большинство приборов, которые мы имеем в наших домах, специально разработаны для работы от сети переменного тока. Приборы, нуждающиеся в постоянном токе, но потребляющие электроэнергию от розетки переменного, нуждаются в дополнительной части оборудования, называемой выпрямителем, как правило, из электронных компонентов, называемых диодами, для преобразования AC в DC.

Инвертор выполняет противоположную работу, и довольно легко понять ее суть. Предположим, у вас есть аккумулятор в фонарике, а переключатель закрыт, поэтому DC течет по цепи всегда в том же направлении, что и гоночный автомобиль вокруг дорожки. Теперь, если вы вытащите батарею и развернете ее, предполагая, что это соответствует другому способу, он почти наверняка все еще подаст свет, и вы не заметите какой-либо разницы в освещение, которое вы получаете, — но электрический ток будет протекать противоположным образом.

Предположим, у вас были молниеносные руки, и они были достаточно ловкими, чтобы переворачивать батарею 50−60 раз в секунду. Тогда бы вы стали своего рода механическим инвертором, превратив питание постоянного тока батареи в переменный на частоте 50−60 Гц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в электрических магазинах, работают не так, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные переключатели, которые быстро переключаются на текущее направление. Инверторы, подобные этому, часто производят так называемый прямоугольный выход: ток либо протекает в одну сторону, либо наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями.

Такие внезапные перемены направления опасны для некоторых видов электрооборудования. При нормальной мощности AC, он постепенно переходит с одной стороны в другую в виде синусоидальной волны.

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого рода плавно изменяющегося выхода переменного от входа постоянного тока. Они используют электронные компоненты, называемые индукторами и конденсаторами, для увеличения и снижения выходного тока, чем резкий, прямоугольный выходной сигнал включения / выключения, который вы получаете с помощью базового инвертора.

Инверторы также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного входного напряжения DC на совершенно другое выходное напряжение переменного (выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше входной мощности. Из закона сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не может выдавать больше энергии, чем они потребляют, и некоторая энергия должна быть потеряна как тепло, поскольку электричество протекает через различные электрические и электронные компоненты. На практике эффективность инвертора часто превышает 90 процентов, хотя базовая физика говорит нам, что какая-то часть энергии — какой бы она ни была — всегда где-то теряется.

Поговорим немного о инверторах со встроенной функцией стабилизатора и о инверторах со встроенным солнечным контроллером

О встроенной функции стабилизатора

Что такое стабилизатор напряжения? Обычно это отдельное устройство, позволяющее в широком диапазоне, и с хорошей точностью, выравнивать напряжение промышленной сети, если оно очень низкое или высокое.

Например, качественный стабилизатор, позволяет поднять до 220 В сетевое напряжение, даже если в сети всего 120 В. Или наоборот, понизить сетевое напряжение, допустим с 270 В, до тех же 220 В. Качественные стабилизаторы выполнены на долговечных и быстродействующих симисторах, имеют минимум 8 переключающихся порогов.

Ну а теперь посмотрите на характеристики встроенной в инвертор функции стабилизатора. Обычно это только 2 или 3 порога, используются не симисторы, а реле. В итоге, малая долговечность и узкий диапазон выравнивая сетевого напряжения.

И есть ещё одна неприятная особенность у инверторов со встроенным стабилизатором. Они мало подходят для использования в условиях автономии, то есть там, где нет сети вообще. Ведь даже имея хорошее встроенное зарядное устройство, они не могут заряжать аккумуляторы от большинства обычных бензо/дизель генераторов.

Почему? Потому, что именно из-за встроенного стабилизатора, они требуют очень качественного и устойчивого напряжения на своём сетевом входе. Т.е. генератор должен быть дорогим и с большим запасом мощности (а такой стоит в несколько раз дороже обычных генераторов).

Посмотрите на этого эквилибриста — ему трудно устоять на месте. Нужны изрядные тренировки и ловкость, чтобы удерживаться какое-то время на двух подвижных опорах.

Почему же встроенный в инверторе стабилизатор так повышает его требования к качеству и мощности бензо/дизель или газо генератора?

Посудите сами. Генератор при увеличении нагрузки, чтобы удержать напряжение в районе 220 В, автоматически прибавляет обороты. При снижении нагрузки – снижает обороты по той же причине. Теперь рассмотрим цепочку генератор – стабилизатор – инвертор — меняющаяся нагрузка. Допустим, что-то включили, например электрочайник мощностью 2 кВт.

Нагрузка подастся на 220 В, проходящее через стабилизатор, от работающего генератора. Напряжение в первую долю секунды начнёт проваливаться. Как Вы думаете — кто среагирует первым стабилизатор или генератор? Правильно, стабилизатор, так как генератор более инерционен, обороты мгновенно не поднимешь.

Итак, стабилизатор переключится на повышающую обмотку, чтобы компенсировать провал. Но затем этот провал всё же доходит и до генератора. Генератор со своей стороны тоже повысит напряжение. На это повышение снова среагирует стабилизатор и понизит порог, на стабилизатор опять среагирует генератор и т.д.

Возникнет колебательный процесс, который может пойти в разнос. И тогда одно из двух — система будет аварийно отключаться, или, этот колебательный процесс быстро затухнет и всё войдёт в норму. Так вот всё почти мгновенно «устаканивается», в том случае, если генератор качественный и имеет большой запас мощности. Тогда он на чайник 2 кВт будет реагировать как на «муху залетевшую в окно», потому что тогда чайник не сможет раскачать его обороты. Но стоят такие генераторы слишком дорого.

О встроенном солнечном контроллере

Теперь посмотрим насколько правильно встраивать солнечный контроллер внутрь инвертора.

Вообще, солнечный контроллер необходим чтобы можно было солнечные панели (некоторые называют их солнечными батареями) подключить к аккумуляторам, к тем самым, к которым подключён инвертор. Солнечный контроллер преобразует энергию от высокого напряжения солнечных панелей в более низкое напряжение аккумуляторов.

Таких инверторов со встроенным солнечным контроллером не много. Но у такого решения есть плюсы — ведь цена такого решения несколько ниже и, кроме того, проводов подключения будет чуть меньше.

Теперь посмотрим на минусы такого решения. Высококачественные и мощные солнечные контроллеры (имеющие КПД 98%, высокое входное напряжение и управление внешними нагрузками) довольно большие и внутрь инвертора их не вставишь. Посмотрите на разобранный солнечный контроллер КЭС Dominator 200/100.

Поэтому встроенные инверторы, как и встроенные стабилизаторы, несколько урезаны по своим возможностям.

Сравните на фото инвертор со встроенным солнечным контроллером (слева) и два нормальных отдельных солнечных контроллера. Отдельный контроллер по размеру это почти половина инвертора.

Разница в функционале и параметрах у них тоже заметна.

Другой минус — в случае порчи солнечного контроллера, придётся отдавать в ремонт всё устройство, т.е. лишаться и инвертора. Равно как и в случае порчи инвертора, лишаться и контроллера.

В общем, самые дорогие и качественные брендовые инверторы никогда не содержат в себе ни стабилизаторов, ни солнечных контроллеров. Поэтому, само их наличие в инверторе, говорит о уровне изделия. Говорит о том, что ради рекламы присутствия эфемерных преимуществ или вроде бы как бы более низкой цены (по сумме якобы двух продуктов в одном), производитель готов идти на некий компромисс с реальной целесообразностью. Особенно это касается встроенного стабилизатора.

Наш совет
Приобретать инверторы с встроенным стабилизатором или со встроенным солнечным контроллером, можно при стеснении в средствах, и при условии их использования не в полной автономии, а как резервной системы.

Принцип работы устройства

Представьте, что вы аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вас вместо этого произвести переменный. Как бы вы это сделали? Если весь ток, который вы производите, вытекает в одном направлении, как насчет добавления простого переключателя на ваш выход? Включение и выключение вашего тока может очень быстро обеспечить импульсы DС, которые могли бы выполнять как минимум половину работы. Чтобы сделать правильный AC, вам понадобится переключатель, который позволит полностью отменить ток и сделать это примерно 50−60 раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, которая меняет контакты туда и обратно более 3000 раз в минуту.

По сути, старомодный механический инвертор сводится к коммутационному блоку, подключенному к трансформатору. А так как электромагнитные устройства, которые меняют низковольтный переменный на высоковольтный ток или наоборот, используя две катушки провода (называемые первичной и вторичной) ранами вокруг общего железного ядра.

В механическом инверторе либо электродвигатель, либо какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий ток вперед и назад в основном просто путем изменения контактов и генерирует переменный во вторичном режиме. Коммутационное устройство работает так же, как в электрическом дверном звонке. Когда питание подключено, оно намагничивает переключатель, вытягивает его и очень быстро отключает. Пружина снова вернет переключатель, включив его, и потом будет повторять процесс снова и снова.

Частота переключения задается сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

• Регулирование напряжения.
• Синхронизация частоты переключения ключей.
• Защитой их от перегрузок.