Призначення, особливості та різновиди інверторів напруги
Що таке інвертор? Навіщо він потрібний?
Інвертори є приладами забезпечення автономного електропостачання. Щоправда, вони самі собою не генерують струм. Але при цьому виконують важливе завдання – піднімають напругу та змінюють частоту, створюючи змінний струм із постійного. Це необхідно, оскільки більшість джерел живлення, особливо портативних, здатні видавати низьковольтну постійну напругу 12В або 24В. А цього може вистачити лише для деяких мікропаяльників, насосів, автомобільних пилососів, чайників та холодильників. Потужну побутову техніку від такої напруги не заживити. Та й інші споживачі низьковольтного живлення не розраховані на таку напругу. Тим більше, безпосередньо, клемами можна підключити ще менше електроприладів. Що ж робити? Скористатись інверторами.
Призначення інверторів — перетворення напруги та виду струму. Переважно, з пониженої постійної в підвищену змінну. Однак багато моделей оснащуються USB-зарядками на 5В. Відповідно, вони також змінюють вольтаж постійного струму. Через розв'язання таких завдань інвертори називають конверторами напруги чи перетворювачами напруги. Найчастіше їх використовують у зв'язці з автомобільними акумуляторними батареями або сонячними модулями. Завдяки цьому поєднанню можливо забезпечити автономне або аварійне електропостачання для одного або кількох електроприладів, що працюють від мережі 220В, в середньому, протягом 6-8 годин (для інверторів потужністю 2-5 кВт).
Незважаючи на те, що найбільш поширені інвертори для перетворення постійної напруги на змінну (AC-DC), у тому числі з функцією перетворення на постійну напругу, існують інвертори типу DC-DC, розраховані на перетворення постійної напруги на постійну. Вони здатні змінювати лише величину напруги.
Переваги інверторів — безшумна чи малошумна робота. Навіть потужні моделі мають гул, незрівнянний з генераторами. Ще одним резоном є відсутність викидів вихлопних газів та необхідності використовувати паливо. Завдяки цьому інвертори можна використовувати навіть у житлових приміщеннях. До інших переваг відносять компактність та невелику вагу. Завдяки цьому їх можна поставити в будь-якому зручному місці, а транспортування не складе труднощів. Додатковим плюсом можна вважати швидке перемикання живлення від акумулятора при зникненні напруги в мережі, яке мають деякі моделі інверторів.
Природно, що інвертори мають і недоліки. Хоча їх небагато. Основний пов'язаний із необхідністю заряджати акумулятор. Через це інвертор зручніше використовувати як аварійне, а не основне джерело живлення. Другий недолік виявляється, якщо у приладу відсутня функція заряджання акумулятора (не плутати з USB зарядкою) — вона є лише на частині моделей. Ще один фактор, який можна зарахувати до недоліків — необхідність використання певного типу акумуляторів, оскільки найбільш поширені та відносно дешеві, свинцево-кислотні (залиті та абсорбовані), у процесі роботи та заряджання виділяють випаровування кислоти, які шкідливі навіть у мінімальній кількості. Тому потрібно вибирати гелеві або літієві (літій-іонні або літій-залізо-фосфатні) акумуляторні батареї.
Класифікація інверторів
Перетворювачі напруги класифікують за формою вихідного сигналу електричного струму. Змінна напруга може мати форму чистої або модифікованої синусоїди.
Чиста синусоїда відповідає струму з розетки, хоча через велику кількість споживачів вона трохи може бути спотворена невеликою кількістю гармонік. Вона характеризується амплітудою із частотою 50 Гц та плавною рівномірною зміною напрямку. Її можна перевірити на осцилографі.
Використання інверторів із чистою синусоїдою бажано, хоча можна обійтися і модифікованою, адже існують прилади та техніка, не чутлива до форми сигналу. При цьому є споживачі, які не працюватимуть або функціонуватимуть із погіршенням характеристик, якщо струм не буде відповідати чистій синусоїді. Наприклад, прилади із трансформаторними блоками живлення: фени, холодильники, мікрохвильовки, блендери, кавомашини, опалювальні котли з циркуляційними насосами, пральні машини, кондиціонери, компресори, аудіотехніка, лазерні принтери, серверне обладнання, медичне обладнання та ін..
Мінусом таких перетворювачів є висока ціна в порівнянні з моделями з модифікованою синусоїдою.
Модифікована (квазісинусоїда) є сигналом спрощеної форми. Отримання такого струму не потребує особливо складної конструкції перетворювача, тому такий інвертор коштує дешевше, ніж пристрої аналогічної потужності, але із чистою синусоїдою. Сигнал квазісинусоїди є ступінчастим. Вихідний струм становить дві прямокутні хвилі з різницею 90°. Таким чином виходить три рівні напруги: позитивний пік, нуль, негативний пік. Це означає, що перед зміною полярності синусоїда досягає нуля перед полярністю. При підключенні до інвертора даного типу деякі пристрої можуть видавати шум і некоректно працювати, чи може стати непридатним або зменшиться термін експлуатації. Наприклад, мікрохвильова піч погано нагріватиметься. Через це модифікована синусоїда підходить лише для приладів із імпульсними блоками живлення: комп'ютери, ноутбуки, телевізори, лампи з нитками розжарювання.
Плюс інвертора з модифікованою синусоїдою низька ціна. Мінус — несумісність із технікою, чутливою до форми електричного сигналу.
Є ще один критерій класифікації, хоча він рідко згадується — кількість фаз. Це пов’язано з тим, що більшість побутових (автомобільних) інверторів є однофазними. Однак перетворювачі напруги бувають і трифазними.
Однофазні видають 220В змінного струму і мають два виводи — фаза та нуль. Трифазні видають 380В змінного струму. Вивід представлений трьома силовими та нульовою лінією. Цей тип інверторів застосовується на промислових об'єктах задля забезпечення електрикою великого устаткування. Як правило, це величезні стаціонарні установки, на відміну від однофазних портативних. Однак малопотужні моделі все одно габаритніші, ніж аналогічні однофазні.
Характеристики інверторів
До характеристик інверторів можна віднести вхідну напругу, тип перетворення струму, вхідне джерело або спосіб підключення до живлення, потужність, кількість розеток, наявність/відсутність дисплея, наявність/відсутність зарядки акумуляторних батарей, функція джерела безперебійного живлення, функція корекції коефіцієнта потужності.
Вхідна напруга інвертора повинна відповідати напрузі акумулятора. Тому вольтаж представлений таким же асортиментом, як і акумулятори. Крім того, цей параметр впливає на вихідну потужність перетворювача. Наприклад, моделі від 3000 Вт представлені перетворювачами, що працюють від 48В. Більший вольтаж забезпечує більшу ефективність.
Вхідна напруга інвертора може бути наступною: 12В, 24В, 48В.
За типом перетворення розрізняють інвертори DC-AC (постійний струм у змінний), DC-AC+DC (постійний струм у змінний та постійний), DC-DC (постійний струм у постійний).
Джерелом живлення для інвертора може бути зовнішній (окремий) або внутрішній (вбудований) акумулятор. Багато виробників також заявляють про можливість підключення до сонячних панелей (зрозуміло, оснащеним акумулятором). Ще одним альтернативним, а іноді основним, джерелом може бути бортова мережа автомобіля.
Підключення до акумулятора може здійснюватися за допомогою акумуляторних клем, які можна придбати у нашому інтернет-магазині. У комплекті, як правило, йдуть шнури із затискачами «крокодил». Переважно вони знімні, але можуть бути і незнімні.
До бортової мережі інвертор підключають штекером прикурювача. Він може бути представлений як окремим, так і незнімним шнуром. У моделей малої потужності (70-300 Вт) шнур зроблений незнімним. Такі пристрої можна назвати автомобільними інверторами.
Потужність впливає на допустиме навантаження — споживану потужність підключених електроприладів. Багато інверторів мають режим пуску, номінальний та перевантаження. У пусковому режимі забезпечується пік потужності, який дає максимальну потужність протягом кількох мілісекунд. Це необхідно для ввімкнення певної побутової техніки. Номінальний режим означає споживання при стандартній роботі електроприладів без підвищеного навантаження. Саме цей показник вказується у специфікаціях та назвах. Але при підвищених навантаженнях потрібна наявність режиму перевантаження. Він дає збільшення потужності в 1,5-2,5 рази протягом невеликого періоду. Тому у багатьох найменувань у дужках надається інформація про підвищену потужність.
Що ж до конкретних величин номінальної потужності, її діапазон починається від 70 Вт (моделі до 150 Вт орієнтовані на підключення до автомобільної бортової мережі) до 8000 Вт. Але найпоширеніший діапазон становить 500-3000 Вт. Як правило, найбільшу потужність мають моделі з вольтажем 24 або 48В.
Іноді вказується не просто потужність, а реактивна потужність. Вона вимірюється в (кіло)Вольт-Амперах реактивних (кВА). Характерна для приладів, що перетворюють електричну енергію на електричне та магнітне поле. Ця величина не дорівнює напругу, помножену на споживаний струм.
Крім того, не слід плутати вихідну потужність інвертора (вказується у Ватах) і потужність в кіловат-годинах (кВт*год). Перший показник є потужністю, яка передається споживачам, друга – ємність (здатність тримати напругу протягом певного часу). Тобто кВт*год відображає приблизну корисну потужність. Її можна підрахувати, помноживши реактивну (індуктивну та ємнісну) потужність на 0,7-0,75. Наприклад, інвертор на 8 кВА може підтримувати навантаження 6 кВт (8х0,75). У специфікації вказано 6,5 кВт.
Щоправда, потужність у Кіловатт-годинах найчастіше вказується для потужних промислових інверторів. Для побутових (автомобільних) достатньо зазначення номінальної потужності.
Кількість розеток у різних моделей інверторів відрізняється. Вона буває пов'язаною з потужністю, адже малопотужний перетворювач може запитати лише один прилад. Відповідно, у слабких перетворювачів є лише одна розетка. Хоча це не показник, оскільки навіть потужні інвертори можуть мати лише одну розетку. Найчастіше в інверторів одна чи дві розетки. Іноді їх може бути три чи чотири.
Розташування розеток не вказується у характеристиках. Хоча цей параметр також можна виділити до відмінностей перетворювачів. Найчастіше розетки розміщують у торці інвертора, з протилежного боку від виводів для підключення акумулятора. Рідше зустрічаються прилади із розетками на лицьовій панелі. Також може бути комбіноване розташування, коли частина розеток розташована в торці, частина — на лицьовій панелі.
З цих характеристик можна виділити типорозмір розеток, оскільки існують різні стандарти, які відрізняються формою, кількістю та розташуванням контактів. Це не тільки звичні «європейського» типу С: CEE7/16 («Євровилка»), CEE 7/17, CEE7/4 (Shuko), але й екзотичні — тип А (США і Канада, Японія), тип B (США, Канада, Мексика, Японія), тип G (Великобританія), тип I (Австралія, Аргентина, Чилі). Природньо, можна купити перехідник, але все ж краще і безпечніше, коли силовий роз'єм буде співпадати зі стандартним штепсельним шнуром. Втім, багато інверторів оснащені універсальними розетками, які підходять до різних стандартів.
USB-порт для заряджання мобільних гаджетів – поширений роз'єм у інверторів. Ним можуть оснащуватись навіть моделі з однією розеткою. При цьому їхня кількість також варіюється. Найчастіше це один чи два порти.
Ще одним критерієм є наявність або відсутність дисплея. Що може відображатися на ньому? Вихідна напруга, потужність, рівень заряду акумуляторної батареї (може бути у вигляді окремого індикатора або на дисплеї). Рідше може бути відображення величини вхідної напруги та частота вихідного струму.
Окрім дисплея для інформативності, додатковою перевагою буде наявність функції заряджання для акумуляторів. Найчастіше її можна ідентифікувати наявністю силового роз’єму. Рідше — за наявністю виводів для клем.
Зарядку для акумуляторних батарей не слід плутати з USB-зарядкою.
Наявність зарядки для акумуляторів дозволить обійтися без придбання окремого зарядного пристрою. Також це заощадить місце.
Функція заряджання містить особливий режим, що складається з кількох етапів (їхня кількість відрізняється, тому перед покупкою можна уточнити цей параметр). Наприклад, тест (перевірка працездатності батареї), десульфатизація (подача імпульсних струмів для зняття нальоту сульфітів на пластинах), початкова зарядка (подача малого струму з поступовим підвищенням), зарядка максимальним струмом, абсорбація (зниження сили струму), відновлення номінальної ємності, заряду, дозаряджання при розрядженні.
У специфікаціях зазначається величина зарядного струму.
Додаткових функцій можна віднести наявність UPS – функцію джерела безперебійного живлення (ДБЖ). Чим відрізняється інвертор з ДБЖ від самого ДБЖ? Інвертор перемикається на живлення від зовнішнього акумулятора, а ДБЖ зазвичай працює від вбудованого. Перемикання на акумулятор у джерела безперебійного живлення відбувається швидше, ніж при використанні інвертора з UPS — 2-5 мілісекунд проти 200-500. Тобто інвертори перемикаються з невеликою затримкою. Однак при цьому інвертори підходять для тривалого резервного живлення, тоді як ДБЖ розраховані на короткострокове живлення. Що стосується стабілізації напруги, то така функція зустрічається і у ДБЖ, і у інверторів. Поєднання інвертор+ДБЖ+стабілізатор може позначатися абревіатурою APC.
Автоматичне перемикання живлення на акумуляторну батарею при відключенні електрики в мережі позначається абревіатурою ATS.
Функція корекції коефіцієнта потужності (PFC) означає наявність імпульсного регулятора. Вона служить контролю потужності заряджання акумуляторних батарей. Що це означає? PFC дозволяє видавати максимальний струм заряджання незалежно від вхідної змінної напруги.
Крім перерахованого вище, у інверторів може бути роз'єм RJ-45 (8P8C). Він використовується для підключення модуля дистанційного керування.
Сподіваємося, що наша стаття допомогла розібратися у різноманітності інверторів.