Предназначение, особенности и разновидности инверторов напряжения
Что такое инвертор? Для чего он нужен?
Инверторы являются приборами для обеспечения автономного электроснабжения. Правда, они сами по себе не генерируют ток. Но при этом выполняют важную задачу — поднимают напряжение и меняют частоту, создавая переменный ток из постоянного. Это необходимо, поскольку большинство источников питания, особенно, портативных, способны выдавать низковольтное постоянное напряжение 12В или 24В. А этого может хватить лишь для некоторых микропаяльников, насосов, автомобильных пылесосов, чайников и холодильников. Мощную бытовую технику от такого напряжения не запитать. Да и другие потребители низковольтного питания не рассчитаны на такое напряжение. Тем более, напрямую, клеммами можно подключить ещё меньшее количество электроприборов. Что же делать? Воспользоваться инверторами.
Предназначение инверторов — преобразование напряжения и вида тока. Преимущественно, из пониженного постоянного в повышенное переменное. Однако многие модели оснащаются USB-зарядками на 5В. Соответственно, они также изменяют вольтаж постоянного тока. Из-за решения таких задач инверторы называют конверторами напряжения или преобразователями напряжения. Чаще всего их используют в связке с автомобильными аккумуляторными батареями или солнечными модулями. Благодаря данному сочетанию возможно обеспечить автономное или аварийное электроснабжение для одного или нескольких электроприборов, работающих от сети 220В, в среднем, на протяжении 6-8 часов (для инверторов мощностью 2-5 кВт).
Несмотря на то, что наиболее распространены инверторы для преобразования постоянного напряжения на переменное (AC-DC), в том числе с функцией преобразования в постоянное напряжение, существуют инверторы типа DC-DC, рассчитанные на преобразование постоянного напряжения в постоянное. Они способны изменять лишь величину напряжения.
Преимущества инверторов — бесшумная или малошумная работа. Даже мощные модели обладают гулом, несравнимым с генераторами. Ещё одним резоном является отсутствие выбросов выхлопных газов и необходимости использовать топливо. За счёт этого инверторы можно использовать даже в жилых помещениях. К другим преимуществам относят компактность и небольшой вес. Благодаря этому их можно поставить в любом удобном месте, а транспортировка не составит труда. Дополнительным плюсом можно считать быстрое переключение на питание от аккумулятора при исчезновении напряжения в сети, которое имеют некоторые модели инверторов.
Естественно, что у инверторов имеются и недостатки. Хотя их не много. Основной связан с необходимостью заряжать аккумулятор. Из-за этого инвертор удобнее использовать в качестве аварийного, а не основного источника питания. Второй недостаток проявляется, если у прибора отсутствует функция зарядки аккумулятора (не путать с USB зарядкой) — она присутствует лишь на части моделей. Ещё один фактор, который можно причислить к недостаткам — необходимость использования определённого типа аккумуляторов, так как наиболее распространённые и относительно дешёвые, свинцово-кислотные (залитые и абсорбированные), в процессе работы и зарядки выделяют испарения кислоты, которые вредны даже в минимальном количестве. Поэтому нужно выбирать гелевые или литиевые (литий-ионные или литий-железо-фосфатные) аккумуляторные батареи.
Классификация инверторов
Преобразователи напряжения классифицируют по форме выходного сигнала электрического тока. Переменное напряжение может иметь форму чистой или модифицированной синусоиды.
Чистая синусоида соответствует току из розетки, хотя из-за большого количества потребителей она слегка может быть искажена небольшим количеством гармоник. Она характеризуется амплитудой с частотой 50 Гц и плавной равномерной сменой направления. Её можно проверить на осциллографе.
Использование инверторов с чистой синусоидой желательно, хотя можно обойтись и модифицированной, ведь существуют приборы и техника, не чувствительная к форме сигнала. При этом есть потребители, которые не будут работать, либо будут функционировать с ухудшением характеристик, если ток не будет соответствовать чистой синусоиде. Например, приборы с трансформаторными блоками питания: фены, холодильники, микроволновки, блендеры, кофемашины, отопительные котлы с циркуляционными насосами, стиральные машины, кондиционеры, компрессоры, аудиотехника, лазерные принтеры, серверное оборудование, медицинское оборудование и т.д..
Минусом таких преобразователей является высокая цена в сравнении с моделями с модифицированной синусоидой.
Модифицированная (квазисинусоида) является сигналом упрощённой формы. Получение такого тока не требует особо сложной конструкции преобразователя, поэтому такой инвертор стоит дешевле, чем устройства аналогичной мощности, но с чистой синусоидой. Сигнал квазисинусоиды является ступенчатым. Выходной ток представляет две прямоугольные волны с разницей 90°. Таким образом, получается три уровня напряжения: позитивный пик, ноль, отрицательный пик. Это означает, что перед сменой полярности синусоида достигает нуля перед счменой полярности. При подключении к инвертору данного типа некоторые приборы могут издавать шум и некорректно работать, либо может прийти в негодность или уменьшиться срок эксплуатации. Например, микроволновая печь будет плохо нагреваться. Из-за этого модифицированная синусоида подходит лишь для приборов с импульсными блоками питания: компьютеры, ноутбуки, телевизоры, лампы с нитями накаливания.
Плюс инвертора с модифицированной синусоидой — низкая цена. Минус — несовместимость с техникой, чувствительной к форме электрического сигнала.
Есть ещё один критерий классификации, хотя он редко упоминается — количество фаз. Это связано с тем, что большинство бытовых (автомобильных) инверторов являются однофазными. Однако преобразователи напряжения бывают и трёхфазными.
Однофазные выдают 220В переменного тока и имеют два вывода — фаза и ноль. Трёхфазные выдают 380В переменного тока. Вывод представлен тремя силовыми и нулевой линией. Данный тип инверторов применяется на промышленных объектах для обеспечения электричеством крупного оборудования. Как правило, это огромные стационарные установки, в отличии от портативных однофазных. Однако маломощные модели всё равно габаритнее, чем аналогичные однофазные.
Характеристики инверторов
К характеристикам инверторов можно отнести входное напряжение, тип преобразования тока, входной источник или способ подключения к питанию, мощность, количество розеток, наличие/отсутствие дисплея, наличие/отсутствие зарядки для аккумуляторных батарей, функция источника бесперебойного питания, функция коррекции коэффициента мощности.
Входное напряжение для инвертора должно соответствовать напряжению аккумулятора. Поэтому вольтаж представлен таким же ассортиментом, как и у аккумуляторов. Кроме того, этот параметр влияет и на выходную мощность преобразователя. Например, модели от 3000 Вт представлены преобразователями, работающими от 48В. Больший вольтаж обеспечивает большую эффективность.
Входное напряжение инвертора может быть следующим: 12В, 24В, 48В.
По типу преобразования различают инверторы DC-AC (постоянный ток в переменный), DC-AC+DC (постоянный ток в переменный и постоянный), DC-DC (постоянный ток в постоянный).
Источником питания для инвертора может служить внешний (отдельный) или внутренний (встроенный) аккумулятор. Многие производители также заявляют возможность подключения к солнечным панелям (разумеется, оснащённым аккумулятором). Ещё одним альтернативным, а иногда и основным, источником может являться бортовая сеть автомобиля.
Подключение к аккумулятору может осуществляться с помощью аккумуляторных клемм, которые можно приобрести в нашем интернет-магазине. В комплекте, как правило, идут шнуры с зажимами «крокодил». Преимущественно, они съёмные, но могут быть и несъёмные.
К бортовой автомобильной сети инвертор подключают штекером прикуривателя. Он также может быть представлен как отдельным, так и несъёмным шнуром. У моделей малой мощности (70-300 Вт) шнур сделан несъёмным. Такие приборы можно назвать автомобильными инверторами.
Мощность влияет на допустимую нагрузку — потребляемую мощность подключённых электроприборов. Многие инверторы имеют режим пуска, номинальный и перегрузки. В пусковом режиме обеспечивается пик мощности, который даёт максимальную мощность на протяжении нескольких миллисекунд. Это необходимо для включения некоторой бытовой техники. Номинальный режим обозначает потребление при стандартной работе электроприборов без повышенной нагрузки. Именно этот показатель указывается в спецификациях и названиях. Но при повышенных нагрузках необходимо наличие режима перегрузки. Он даёт увеличение мощности в 1,5-2,5 раза на протяжении небольшого периода. Поэтому у многих наименований в скобках даётся информация о повышенной мощности.
Что до конкретных величин номинальной мощности, то её диапазон начинается от 70 Вт (модели до 150 Вт ориентированы на подключение к автомобильной бортовой сети) до 8000 Вт. Но наиболее распространённый диапазон составляет 500-3000 Вт. Как правило, наибольшую мощность имеют модели с вольтажом 24 или 48В.
Иногда указывается не просто мощность, а реактивную мощность. Она измеряется в (кило)Вольт-Амперах реактивных (кВА). Характерна для приборов, преобразующих электрическую энергию в электрическое и магнитное поле. Эта величина не равняется напряжением, умноженным на потребляемый ток.
Кроме того, не следует путать выходную мощность инвертора (указывается в Ваттах) и мощность в Киловатт-часах (кВт*ч). Первый показатель является мощностью, которая передаётся потребителям, вторая — ёмкость (способность держать напряжение на протяжении определённого времени). То есть, кВт*ч отображает приблизительную полезную мощность. Её можно подсчитать, умножив реактивную (индуктивную и ёмкостную) мощность на 0,7-0,75. Например, инвертор на 8 кВА может поддерживать нагрузку 6 кВт (8х0,75). В спецификации указано 6,5 кВт.
Правда, мощность в Киловатт-часах чаще всего указывается для мощных промышленных инверторов. Для бытовых (автомобильных) достаточно указания номинальной мощности.
Количество розеток у разных моделей инверторов различается. Оно бывает связано с мощностью, ведь маломощный преобразователь может запитать лишь один прибор. Соответственно, у слабых преобразователей имеется лишь одна розетка. Хотя это не показатель, поскольку даже мощные инверторы могут снабжаться лишь одной розеткой. Чаще всего у инверторов одна или две розетки. Иногда их может быть три или четыре.
Расположение розеток не указывается в характеристиках. Хотя этот параметр тоже можно выделить к различиям преобразователей. Чаще всего розетки размещают в торце инвертора, с противоположной стороны от выводов для подключения аккумулятора. Реже встречаются приборы с розетками на лицевой панели. Также могут быть комбинированное расположение, когда часть розеток расположена в торце, часть — на лицевой панели.
Из этой характеристики можно выделить типоразмер розеток, поскольку существуют разные стандарты, которые отличаются формой, количеством и расположением контактов. Это не только привычные «европейского» типа С: CEE7/16 («Евровилка»), CEE 7/17, CEE7/4 (Shuko), но и экзотические — тип А (США и Канада, Япония), тип B (США, Канада, Мексика, Япония), тип G (Великобритания), тип I (Австралия, Аргентина, Чили). Естественно, можно купить переходник, но всё же лучше и безопаснее, когда силовой разъём будет совпадать со стандартом штепселя шнура. Впрочем, многие инверторы снабжаются универсальными розетками, которые подходят под разные стандарты.
USB-порт для зарядки мобильных гаджетов — распространённый разъём у инверторов. Им могут оснащаться даже модели с одной розеткой. При этом их количество также варьируется. Чаще всего это один или два порта.
Ещё одним критерием является наличие или отсутствие дисплея. Что на нём может отображаться? Выходное напряжение, мощность, уровень заряда аккумуляторной батареи (может присутствовать в виде отдельного индикатора или на дисплее). Реже может присутствовать отображение величины входного напряжения и частота выходного тока.
Помимо дисплея для информативности, дополнительным преимуществом будет наличие функции зарядки для аккумуляторов. Чаще всего её можно идентифицировать по наличию силового разъёма. Реже — по наличию выводов для клемм.
Зарядку для аккумуляторных батарей не следует путать с USB-зарядкой.
Наличие зарядки для аккумуляторов позволит обойтись без покупки отдельного зарядного устройства. Также это сэкономит место.
Функция зарядки содержит особый режим, состоящий из нескольких этапов (их количество различается, поэтому перед покупкой можно уточнить данный параметр). Например, тест (проверка работоспособности батареи), десульфатизация (подача импульсных токов для снятия налёта сульфитов на пластинах), начальная зарядка (подача малого тока с постепенным повышением), зарядка максимальным током, абсорбация (снижение силы тока), восстановление номинальной ёмкости, анализ удержания заряда, дозарядка при разряде.
В спецификациях указывается величина зарядного тока.
К дополнительным функциям можно отнести наличие UPS — функцию источника бесперебойного питания (ИБП). Чем же отличается инвертор с ИБП от самого ИБП? Инвертор переключается на питание от внешнего аккумулятора, а ИБП, как правило, работает от встроенного. Переключение на аккумулятор у источника бесперебойного питания происходит быстрее, чем при использовании инвертора с UPS — 2-5 миллисекунд против 200-500. То есть, инверторы переключаются с небольшой задержкой. Однако при этом инверторы подходят для длительного резервного питания, тогда как ИБП рассчитаны на краткосрочное питание. Что касается стабилизации напряжения, то такая функция встречается и у ИБП, и у инверторов. Сочетание инвертор+ИБП+стабилизатор может обозначаться аббревиатурой APC.
Автоматическое переключение питания на аккумуляторную батарею при отключении электричества в сети обозначается аббревиатурой ATS.
Функция коррекции коэффициента мощности (PFC) обозначает наличие импульсного регулятора. Она служит для контроля мощности зарядки аккумуляторных батарей. Что это значит? PFC позволяет выдавать максимальный ток зарядки независимо от входного переменного напряжения.
Кроме вышеперечисленного, у инверторов может иметься разъём RJ-45 (8P8C). Он используется для подключения модуля дистанционного управления.
Надеемся, что наша статья помогла разобраться в разнообразии инверторов.