Инвертор с чистым синусом за 15 минут или «силовая электроника

Содержание

Чистая синусоида VS её ступенчатая аппроксимация. Часть I

Временами приходится пользоваться устройствами для автономного или резервного питания. Это могут быть автономные инверторные бензогенераторы, автомобильные инверторы, источники бесперебойного питания в режиме работы от батарей. В общем, все те устройства, в составе которых присутствует инвертор. И все бы ничего, но не все подобные устройства выдают на выходе синусоидальное переменное напряжение, на которое, собственно, и рассчитано все электрооборудование. То есть переменное-то оно у всех, а вот форма этого напряжения может быть далеко не синусоидальная.

В таких случаях в характеристиках устройства, в строке «Форма выходного напряжения» пишут «Ступенчатая аппроксимация синусоиды» или «Модифицированная синусоида» или «Квазисинусоида» или как-то еще.

Это означает, что там совсем не синусоида, а разнополярные прямоугольные импульсы, которые следуют с определенной паузой. Ниже на осциллограммах показаны синусоидальная форма напряжения в бытовой электросети (слева) и осциллограммы так называемой «квазисинусоиды», снятые с разных устройств.

Форма напряжения: а) в бытовой электросети; б) на выходе ИБП Back-UPS CS 500; в) на выходе инвертора 12/220 Mean Well

Нетрудно заметить, что амплитуды импульсов на осциллограммах с квазисинусоидой отличаются и составляют в первом случае 350–360 В, во втором — 290–300 В. Но их ширина подобрана таким образом, что среднеквадратичное значение получаемого переменного напряжения соответствует 225–230 В.

Казалось бы, нет проблем. Частота напряжения 50 Гц, среднеквадратичное значение соответствует 230 В. Но это только на первый взгляд. В сигнале, который отличается от синусоиды, присутствуют гармоники, т. е. получаемые разнополярные импульсы состоят не только из сигнала частотой 50 Гц, но и из сигналов более высоких частот, кратных основной частоте 50 Гц (150, 250, 350 и т. д.). Не будем углубляться в теорию, а просто скажем, что при запитывании оборудования подобной «квазисинусоидой» на него подается напряжение не только частотой 50 Гц, но и частотой 150 Гц, 250 и далее по нарастающей. При этом амплитуды этих напряжений хоть и уменьшаются с ростом частоты, но все же могут иметь достаточно высокий уровень. Уровень этих гармоник зависит от ширины импульса, его амплитуды и скорости нарастания.

Спектрограммы гармоник напряжения с выхода ИБП Back-UPS CS 500 (слева) и инвертора 12/220 Mean Well (справа) при нагрузке 25 Вт

Далее мы подробно рассмотрим различное электрооборудование и попробуем определить, насколько для него критична форма питающего напряжения.

Обзор наиболее популярных моделей

Среди всех представленных на рынке автомобильных товаров наибольшим спросом среди водителей пользуются следующие представители инверторов:

МАП «ЭНЕРГИЯ»

Эта модель получила звание лучшей по мнению автовладельцев. Она собрала в себе самые оптимальные характеристики по габаритам, качеству, надежности и стоимости. Прибор изготовлен российским производителем, поэтому внешний вид у него лаконичный и даже строгий. По потребности можно приобрести модель в диапазоне 900-1200 Вт при напряжении от 12 до 28 V.

Главные преимущества:

качественный жидкокристаллический дисплей;
простота установки и настройки, что позволяет водителю самостоятельно управлять опциями и менять их в зависимости от ситуации;
наличие нескольких режимов работы;
выступает и в качестве зарядного приспособления, и в виде источника бесперебойного питания.

ACMEPOWER

Несмотря на то, что это китайская компания, ее продукция за более чем десятилетие своего существования зарекомендовала себя высоконадежной и функциональной. В отличие от российского конкурента он обладает малыми размерами и изящным дизайном, которому уделили действительно много внимания.

При ширине модельного ряда и рабочим параметрам каждый автовладелец подберет себе устройство под текущие нужды. К недостаткам можно отнести лишь низкую мощность на выходе.

MEANWELL

Еще один китайский разработчик, находящийся на рынке источников питания с 1982 года. Его инверторы обладают модифицированной и нормальной синусоидой, небольшими размерами своих устройств, коих в ассортименте свыше 5 тысяч, а также комплектуются клеммами и проводами для подключения.

Вот только производитель не рекомендует при подключении к прикуривателю включать инвертор на его полную мощность.

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Одним из обязательных устройств системы резервного электроснабжения вашего дома является инвертор. Это устройство предназначено для преобразования постоянного тока от аккумуляторов в переменный напряжением 220 В с частотой 50 Гц, т. е.

обеспечивает аналогичное сетевому питание электроприборов вашего дома. Попутно инвертор может решать дополнительные задачи. Такие, например, как отключение нагрузки при критическом разряде аккумуляторов.

Бывают инверторы включающие в свой состав контроллер заряда.

Обратите внимание, что обязательным это устройство является для резервного электроснабжения, т.к. основное питание осуществляется сетевым напряжением 220 В переменного тока с частотой 50 Гц

Поскольку резервное электроснабжение необходимо в моменты отключения основного питания оно и должно обеспечивать те же параметры, что и сетевое.

В случае же автономного электроснабжения, инвертор может использоваться, а может и не использоваться. Это зависит от вашего выбора схемы электроснабжения.

Если вы используете в доме обычные бытовые приборы, питание которых рассчитано на напряжение 220 В переменного тока, то инвертор вам необходим.

Некоторые являются сторонниками использования электроприборов питающихся от 12 В, тогда они обходятся без инвертора. И в том и другом случае есть свои достоинства и свои недостатки.

При выборе же инвертора прежде всего надо определиться какого характера нагрузка в вашем доме. Дело в том, что инверторы условно можно разделить на два типа.

Первый – инверторы синусоида, обеспечивающие на выходе синусоидальную форму напряжения. Инвертор, так называемый инвертор с чистой синусоидой, обеспечит питание любых ваших бытовых приборов. Его форма напряжения ни чем не отличается от формы напряжения централизованной сети.

Чем это грозит? Грозит это преждевременным выходом из строя ваших бытовых приборов, т.к. при питании их несинусоидальным током происходит, в лучшем случае, потеря мощности, а в худшем перегрев. С электронными приборами, отслеживающими качество напряжения, это может привести к отказам.

В чем проблема? Бери инвертор первого типа и не ломай голову. Проблема в разнице их стоимости. Инверторы синусоида дороже в 2 иногда в 2,5 раза. Поэтому есть смысл разобраться со своими потребителями до выбора инвертора.

Борис Цупило

Какой мощности выбрать

Покупателю следует с особой тщательностью продумать автомобильный инвертор, какой выбрать, благо подбирать есть из чего. Стартовым моментом при этом должно быть определение тех его будущих функций, которые инвертору придется выполнять чаще всего. Фундаментальным при этом считается мощность будущих применений. Если она предвидится, в основном, небольшой, приобретать мощный прибор с «наворотами» вряд ли целесообразно. Так, его ежедневный КПД окажется достаточно низким, то есть покупка себя не оправдает, хотя будет «тянуть» много энергии. В таких случаях лучше довольствоваться обыкновенным преобразователем, который одновременно будет и надежным, и экономным.

Не надо сбрасывать со счетов при подборе инвертора такой существенный момент, как величина потребляемого тока. Для её определения применяют специальную формулу, суть которой в том, что к мощности (суммарной) нагрузки добавляют еще 15% этого показателя, а затем полученную величину делят на 12. Тогда получится величина тока потребления.

Если водитель раньше с инверторами не работал, выбрать нужную модель ему будет непросто. Поэтому рекомендуется непременно провести основательные консультации со специалистами, хорошо знающими особенности той или иной модели, нюансы их применения в реальных условиях. Может быть, потребуются даже несколько параллельных консультаций, чтобы из нескольких вариантов выбрать интегральный, наиболее подходящий.

Само собой, немаловажную роль сыграет и цена прибора – она должна быть посильной для домашнего бюджета, а не обузой для него.

Классификация

Основными критериями классификации этих приборов являются мощность, форма тока и входное напряжение. Выбор конкретной модели зависит от целей, с которыми приобретается устройство.

Для подключения к автомобильному прикуривателю используются простейшие компактные преобразователи небольшой мощности. От них могут получать питание гаджеты с низким потреблением электроэнергии (телефоны, ноутбуки, вентиляторы, фонарики).

Мощность инвертора, включаемого в прикуриватель, не должна превышать 150 Вт. В противном случае можно вывести из строя всю электропроводку автомобиля.

Преобразователи для питания приборов мощностью от 150 Вт присоединяют напрямую к клеммам аккумулятора. Чтобы снизить потери КПД, не рекомендуется использовать «крокодильчики», которые входят в комплектацию некоторых моделей. Для стабильного и надёжного подключения больше подойдут медные клеммы с винтовым соединением.

Номинальная и пиковая мощность

При выборе преобразователя следует суммировать мощность всех потребителей, которые будут к нему подключены. К полученному результату прибавляют ещё 20%, так как прибор не сможет долго работать на пределе возможностей. Кроме того, возможны потери вследствие плохого контакта в соединениях или низкого качества кабеля. Также нужно учитывать ёмкость аккумулятора.

Рассчитывать мощность инвертора необходимо по двум характеристикам: номинальной и пиковой. Первая из них определяет нагрузку, под которой прибор может работать длительное время. У бытовых моделей она обычно составляет от 60 до 1000 Вт. Однако существуют модификации, у которых этот показатель превышает 1 кВт. С их помощью можно обустроить мобильную мини-электростанцию. Их целесообразно покупать, например, для подключения электроинструментов.

Пиковая мощность характеризует максимальную нагрузку, которую инвертор может выдержать в течение короткого промежутка времени. Она варьируется в пределах 150 – 10000 Вт. Ток, потребляемый некоторыми электроприборами при начале работы, в несколько раз превышает номинальное значение

Выбирая преобразователь, нужно обязательно обратить внимание на этот момент, иначе подключенное к нему оборудование может не запуститься

Мнение эксперта
Кузнецов Василий Степанович

Если устройство используется при работающем двигателе автомобиля, ток его нагрузки не должен быть выше тока, вырабатываемого генератором.

Для бытовых нужд (например, путешествий на автомобиле) обычно бывает достаточно инвертора мощностью до 600 Вт. Этого хватит, чтобы включить холодильник, зарядить телефон, ноутбук или фонарик. Ток нагрузки такого прибора составляет примерно 50 А, что значительно меньше показателей современных автомобильных генераторов.

Форма тока

Важным критерием выбора преобразователя является форма тока, получаемая на выходе. От этого параметра зависит, какие приборы к нему можно подключить.

Существует два вида формы:

Чистая (непрерывная) синусоида. Диаграмма тока представляет собой ровную синусоиду. Такие приборы обеспечивают безопасное подключение любого оборудования. В схему этих устройств входят дорогостоящие комплектующие, поэтому цена на них достаточно высока.
Модифицированная (изменённая) синусоида. Диаграмма тока – ступенчатая. Такие инверторы нельзя использовать для подключения электроинструмента с асинхронными двигателями, компрессоров и приборов, восприимчивых к помехам. Оборудование либо вообще не запустится, либо будет работать в экстремальном режиме, что приводит к снижению КПД и сокращению срока службы. Преобразователи с модифицированной синусоидой подходят для питания ламп, обогревателей, коллекторных двигателей, телефонов, ноутбуков, телевизоров. Повысить качество работы можно за счёт дополнительной установки устройства плавного пуска.

Стоимость инверторов с чистым синусом достаточно высока. Приобретать их целесообразно только при необходимости подключить оборудование, несовместимое с модифицированной синусоидой.

Виды автомобильных инверторов

Блоки питания для автомобилей принято разделять на категории:

по качеству амплитуды выходного сигнала;
по допустимой мощности нагрузки;
по территориальному расположению производителя.

По синусоиде

Преобразователи могут формировать кривую напряжения нескольких видов:

Чистая синусоида без отклонений графика. Рассчитана на подключение любых потребителей. Недостатком оборудования является повышенная цена, поскольку для получения равномерной кривой необходима сложная электронная схема.
Модифицированная или аппроксимированная (имеет ступенчатый характер). Оборудование не подходит для подсоединения асинхронных двигателей или электроники. Отклонения кривой вызывают фоновые шумы и повышенный нагрев двигателей с одновременным падением КПД и ресурса.

По мощности

Перед тем как подобрать преобразователь, следует определиться с мощностью нагрузки. Производители указывают пиковое и номинальное значение, которые отличаются в 1,5-2 раза. Нормальный параметр позволяет определить мощность на протяжении длительного времени (например, отдача от 1000 Вт позволяет подсоединять различный электрический инструмент). Рекомендуется приобретать инвертор с запасом по номинальной мощности не менее 20%.

По стране-производителю

Большинство инверторов выпущено на территории Китая, часть изделий собрана в России с использованием китайских комплектующих (трансформаторов, электронных компонентов или деталей корпуса). Подобная практика является нормой

При подборе необходимо обращать внимание на технические параметры и анализировать отзывы покупателей

Полезные рекомендации

Советы по выбору и установке инверторного источника питания:

При использовании преобразователя, подключенного к бортовой сети автомобиля, потребляемая мощность не должна превышать отдачу генератора (с учетом энергопотребления систем освещения и зажигания). В противном случае начнется разрядка аккумулятора, что приведет к остановке двигателя.
Рекомендуется покупать оборудование с алюминиевым корпусом, обеспечивающим отвод тепла. Встречаются устройства с активным охлаждением и стальным кожухом, выдерживающим повышенные нагрузки. Преобразователи с такими корпусами рассчитаны на эксплуатацию в жестких условиях.
При подборе следует учитывать стандарт розетки на преобразователе. Большинство приборов оборудовано штекером европейского формата с контактом заземления, встречаются изделия с универсальной розеткой.

POTEK 750 Вт

Автомобильный инвертор POTEK имеет компактную конструкцию и оснащён двумя розетками переменного тока и USB-портами для зарядки. 750-ваттный инвертор может работать практически с любыми ёмкостными и индуктивными нагрузочными устройствами. Он поставляется со встроенной системой защиты от скачков напряжения и перегрузки для повышения безопасности подключённых устройств. Другие особенности, которые делают этот инвертор заслуживающим внимания, включают в себя прикуриватель, охлаждающий вентилятор и качественные зажимы для батарей, которые поставляются с ним.

Это силовой инвертор, который подходит всем, кто ищет мобильность и гибкость, поскольку он очень компактен и удобен в использовании. Он подойдёт для зарядки ноутбука, камеры, телефонов и подобных гаджетов.

Преимущества:

Имеет отличную производительность и качественный дизайн.
Есть много удобных функций, но всё же он поставляется по довольно низкой цене.

Недостатки:

Не очень долговечен.

POTEK 750 Вт

Что такое инвертор

Подключение к автомобильной сети 12 вольт бытовых приборов становится все популярней.

Дальний выезд за город, командировка или выезд на рыбалку становятся унылыми без некоторых бытовых приборов и электроники, к которой быстро привыкаешь.

Дабы, минимизировать недостаток использования любимой техники, которая имеет рабочее напряжение от 220В, в автомобиле применяют преобразователь. Данные преобразователи именуют как автомобильные инверторы 12-220В.

Автомобильный инвертор представляет собой небольшое устройство способное преобразовать постоянное напряжение 12 вольт (аккумулятор 12В) в переменное напряжение 220 вольт.

Благодаря данному преобразователю можно без проблем подключить необходимые устройства с бытовым рабочим напряжением 220В. Без труда можно пользоваться электрочайником, кофе машиной, электроинструментом и многими другими привычными электроприборами.

Автомобильный преобразователь имеет очень распространенное применение. В зависимости от модели его можно подключить от аккумуляторных клемм или от автомобильного прикуривателя.

Приняв решение купить инвертор 12 220, нужно обязательно ознакомиться с техническими возможностями и правилами эксплуатации. Такие знания помогут сохранить ваш преобразователь и получать удовольствие от его работы.

Прежде чем установить преобразователь напряжения с 12 на 220В в авто, необходимо придерживаться следующих правил:

выбрать место в автомобиле, где всегда будет сухо, так как влага негативно сказывается на работе устройства;
не допускается установка преобразователя вблизи греющихся устройств или деталей, также нужно устранить попадание солнечных лучей во избежание перегрева инвертора.
запрещено устанавливать инвертор 12в 220в рядом с легковоспламеняющимися материалами или вещами.

Соблюдение всех трёх пунктов правил размещения преобразователя, позволит обеспечить ему продолжительную работу. В свою очередь он защитит себя от скачков бортовой сети, перегрузок, коротких замыканий, правда, если это будет качественный автомобильный инвертор со встроенной системой безопасной работы.

Что касается выбора автомобильного инвертора, к этой задаче нужно подходить с пониманием разнообразности ассортимента и функционала устройства. В первую очередь, все инверторы можно разделить по типу синусоиды:

модифицированная синусоида;
чистая (постоянная) синусоида.

Данный пункт разновидностей инверторов, указывает на форму выходного сигнала. Модифицированная синусоида имеет не такой чистый сигнал, как постоянная синусоида. Разница этих особенностей заключается в стоимости и безопасности подключаемых приборов.

К инвертору с прямоугольным сигналом (модифицированным) можно подключить все устройства кроме измерительных, медицинских, а также приборов с трансформаторными входами.

Чистая синусоида обеспечивает оптимальный выходной сигнал, при котором отсутствуют отклонения и способна безопасно работать с любыми приборами.

По мощности инвертор автомобильный классифицируют на три категории:

маломощные инверторы (до 100Вт);
преобразователи со средней мощностью (до 1500Вт);
мощные инверторы (свыше 1500Вт).

В зависимости от нагрузок каждому потребителю нужно подобрать оптимальный вариант, при котором будет учтен запас мощности.

Профессиональные инверторные устройства имеют несколько стадий работы. Каждый из режимов сопровождается определенными нагрузками, которые соответствуют выполнению поставленных задач.

Режимы работы автомобильного инвертора:

пусковой;
стандартный;
перегрузка.

Пусковой режим предусматривает отток максимальной мощности на короткий период времени. Данный показатель указывается производителями на самом инверторе, поэтому при покупке устройства учитывайте этот показатель.

Стандартный режим работы автомобильного инвертора сопровождается длительной работой с использованием заявленных мощностей, которые не являются пиковыми.

Режим перегрузки предусматривает рекордный отток мощности, который превышает заявленную, а также автоматическое отключение и перезагрузка инвертора.

Выбор правильного преобразовывающего устройства с 12 вольт на 220 вольт обеспечит сохранность подключаемых приборов, поэтому не стоит экономить на качестве и гнаться за ценой.

Посмотреть все вопросы данной категории

Нужен ли инвертор с чистым синусом?

Попробуем разобраться с вопросом о форме выходного напряжения у ИБП и инверторов.

Очень часто встречаются рекомендации, что если нужно организовать питание (резервное питание) каких-то бытовых приборов и устройств, то нужен инвертор с «чистым» синусом. Эти рекомендации зачастую подтверждаются теоретическими доказательствами и размышлениями. Но что показывает практика применения инверторов с модифицированной синусоидой? А практика показывает то, что практически все (любые) электроприборы и устройства нормально работают от модифицированной синусоиды. Теоретики заявляют, что электродвигатели не работают от модифицированной синусоиды или начинают перегреваться, но на практике это не так. На самом деле, все, у кого не запустился электродвигатель от модифицированной синусоиды допустили ошибку в выборе мощности инвертора. Так как, например, компрессор бытового холодильника мощностью всего 100 Ватт при старте имеет очень большой пусковой ток. И может гарантированно запуститься только от инвертора, способного обеспечить мощность не менее 1000 Ватт (то есть в 10 раз больше).

Или при подключении циркуляционного насоса, насос начинает работать с непривычным звуком… Потребитель пугается и ошибочно воспринимает этот непривычный звук признаком неправильной работы насоса. Но ничего кроме непривычного звука в работе насоса не меняется. Насос работает и выполняет всё, что от него требуется…

И так практически с любым прибором или устройством. От инвертора с модифицированной синусоидой работает практически всё. Но всё же с некоторыми исключениями. Так, например от инвертора могут не работать котлы отопления. И связано это вовсе не с модифицированной синусоидой, а с тем, что некоторые котлы европейских производителей требуют соблюдения фазировки напряжения. У инвертора напряжение на выходе не фазное (отсутствуют ноль и фаза). И из за этого электроника котла неправильно определяет горение пламени и выдаёт ошибку. Для таких котлов нужны инверторы с пробросом нуля.

Ещё от инвертора с модифицированной синусоидой могут не работать плазменные телевизоры (не путать с LCD). Ну и некоторая телекоммуникационная аппаратура (в основном профессиональная). Так, что в быту инвертор с модифицированной синусоидой вполне работоспособный вариант чтобы обеспечить электропитанием бытовые приборы в случае кратковременного отсутствия сетевого напряжения.

Как сделать своими руками

При желании изготовить инвертор типа «чистый синус» своими руками, необходимо помнить, что это достаточно сложное электронное устройство. При самостоятельном изготовлении необходимо не только уметь работать с паяльником, а также нужно знать, как правильно монтировать микросхемы и прочие электронные комплектующие. Уметь работать с электронными приборами, с помощью которых можно отслеживать форму выходного сигнала, а также подстраивать элементы схемы, обеспечивающие соответствие формы и силы выходного сигнала, предъявляемым требованиям.

Ниже, приведена одна из схем, используя которую, можно самостоятельно собрать подобный прибор. Это достаточно простая схема, но тем не менее, она широко используется и промышленными производителями таких устройств.

В качестве генератора сигналов используется микросхема КР1211ЕУ1, а в качестве ключей — транзисторы IRL2505. Повышающий трансформатор повышает напряжение на выходе до 220 вольт, а снижение высокочастотных помех осуществляет конденсатор.

Мощность устройства, собранного по этой схеме – до 0,5 кВт, в зависимости от мощности трансформатора.

Принцип работы

Работа аппаратов типа «чистый синус», обеспечивающих параметры напряжения на выходе, соответствующие параметрам внешних электрических сетей, осуществляется следующим образом:

Постоянное напряжение, подается на прибор с аккумуляторных батарей (12,0 В) и проходит предварительную обработку, в процессе которое его значение достигает значения цепи питания нагрузки (220,0 В);
Электрическая энергия, преобразованная в требуемые значения напряжения, поступает на мостовой инвертор, где напряжение постоянного тока преобразуется в переменное.

Форма выходного сигнала близка к чистой синусоиде, что достигается путем использования транзисторов, управляемых по методу многократной широтно-импульсной модуляции;

Установленный в приборе высокочастотный фильтр низких частот придает выходному сигналу вид чистой синусоиды.

Принцип работы

Инвертор — это прибор для преобразования напряжения. Например, он может преобразовать постоянный ток с напряжением в 12 Вольт (полученный при помощи солнечной панели) в переменный с напряжением в 220 Вольт (подходит для питания бытовых устройств). Без этого небольшого устройства практически невозможно полноценное использование энергии гелиопанелей и ветряков для домашних нужд.

Инверторы бывают разные. В зависимости от конструкции прибора и его предназначения он выдает выходной сигнал разной формы:

синусоида;
квазисинусоида;
импульсный.

Увидеть форму можно, если подключить к цепи специальный измерительный прибор — осциллограф. Он как бы разворачивает сигнал во времени: по оси Х мы видим временной интервал, а по оси У — уровень напряжения.

Самое качественное напряжение, близкое по параметрам к внешней электросети, выдает инвертор «чистый синус». Принцип его работы заключается в следующем:

При подаче энергии с аккумулятора на инвертор, она изменяется с 12 Вольт на 220 Вольт.
Преобразованная электроэнергия попадает на мостовой инвертор, где постоянный ток превращается в переменный.
Высокочастотный фильтр низких частот определяет форму чистой синусоиды у напряжения на выходе.

Инвертор с чистым синусом за 15 минут или «силовая электроника

Чистая синусоида VS её ступенчатая аппроксимация. Часть I

Популярные модели

STURM AW98A03

МАП «ЭНЕРГИЯ» 900

TBS POWERSINE PS600-12

MEANWELL 12/220V 1500W

RITMIX RPI-6010 CHARGER

MOBILEN SP-150

LUXEON IPS-2000S