принцип работы, разновидности и области применения

Одна из самых значительных достижений 19-го века была связана не с землей или ресурсами, а с установлением типа электричества, которое все чаще стало внедряться в наши здания. Существует два вида тока: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Ученых всегда интересовала возможность преобразования одного вида в другой. Так появился инвертор.

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.

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».

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.

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.

Классификация инверторов

Инверторы могут быть очень большими и массивными, особенно если они имеют встроенные батарейные блоки, поэтому они могут работать автономно. Они также генерируют много тепла, поэтому у них большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Самые маленькие инверторы — это более портативные коробки размером с автомобильное радио, которое вы можете подключить к гнезду прикуривателя, чтобы произвести AC

для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Так же, как приборы различаются по мощности, которую они потребляют, инверторы различаются по мощности, которую они производят. Как правило, чтобы быть в безопасности, вам понадобится инвертор, рассчитанный на четверть выше максимальной мощности устройства, которое вы хотите использовать. Это позволяет предположить, что некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют максимальную мощность при первом включении. Хотя инверторы могут обеспечивать максимальную мощность в течение коротких периодов времени, важно отметить, что они не предназначены для работы на пиковой мощности в течение длительного времени.

По принципу действия инверторы делятся на:

• Автономные.
• Инверторы напряжения (АИН).
• Инверторы тока (АИТ).
• Резонансные инверторы (АИР).
• Зависимые (инверторы, ведомые сетью).

Здоровенные приборы в наших домах, которые используют большое количество энергии (такие вещи, как электрические нагреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники), не очень заботятся о том, какую форму волны они получают: все, что они хотят, это энергия и как можно больше. Электронные устройства, с другой стороны, намного более суетливы и предпочитают более плавный вход, который они получают от синуидальной волны.

• Многие инверторы работают как автономные устройства с аккумулятором, которые полностью независимы от сети.
• Другие, так называемые утилитарно-интерактивные инверторы или инверторы с привязкой к сетке, специально разработаны для подключения к сети все время. Как правило, они используются для передачи электроэнергии от чего-то вроде солнечной панели обратно в сеть с точно правильным напряжением и частотой.

Это прекрасно, если ваша главная цель — создать собственную силу. Но это не так полезно, если вы хотите иногда быть независимыми от сети, или вам нужен резервный источник питания в случае сбоя, потому что если ваше соединение с сетью опускается, и вы не производите электричество самостоятельно (например, это ночное время, и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже опускается, и вы полностью без энергии, независимо от того, генерируете ли вы свою силу или нет.

По этой причине некоторые люди используют бимодальные или двунаправленные устройства, которые могут работать как в автономном, так и в сетчатом режиме (хотя и не одновременно). Поскольку у них есть дополнительные части, они, как правило, более громоздки и дороже.

Крупные коммутационные устройства для применений передачи энергии, установленные до 1970 года, преимущественно использовали ртутно-дуговые клапаны. Современные инверторы обычно являются твердотельными (статические инверторы). Современный метод проектирования включает компоненты, расположенные в конфигурации моста H. Этот дизайн также довольно популярен среди небольших потребительских устройств.

Используя трехмерную печать и новые полупроводники, исследователи из Национальной лаборатории Oak Ridge Департамента энергетики создали инвертор мощности, который мог бы сделать электромобили более легкими, более мощными и более эффективными.

что это такое и как работает устройство, история появления и классификация

Одним из наиболее важных достижений науки в XIX веке стало установление электричества. Благодаря этому у человека появилась возможность выполнять любую работу после захода солнца, что раньше было невозможным. Сегодня существует два вида тока — постоянный и переменный, но специалистов всегда интересовала возможность превращения одного в другой, что привело к появлению инвертора. Что это такое и принцип работы можно узнать из соответствующей литературы.

История возникновения

В конце 80-х годов XIX века Томас Эдисон в своей лаборатории получил постоянный ток и решил поделиться со всеми этим открытием. Ученый утверждал, что такой источник гораздо лучше, чем переменный ток для питания приборов.

Переменный источник тока за несколько лет до этого открыл ученый из Сербии Никола Тесла и активно распространял идею среди всех своих поклонников. Эдисон стал его конкурентом и старался убедить людей в том, что переменный ток опасен для людей и неэффективен для питания электроприборов.

Несмотря на все доводы, Никола Тесла имел достаточно много поклонников, его методика активно использовалась, и на тот момент Эдисон в соревновании проиграл. И хотя переменный ток необходим и сегодня, но постоянный считается лучшим вариантом для питания электроприборов.

Стоит отметить, что многие приспособления, предназначенные для работы с переменным током, выделяют постоянный. Это приводит к тому, что при запуске такого устройства человеку потребуется дополнительный прибор для преобразования постоянного тока в переменный, то есть инвертор.

Типы электричества

Большинство преподавателей, которые предоставляют студентам информацию об электричестве, говорят в основном о постоянном токе (DC). Он представляет собой поток электронов, которые следуют друг за другом на определенном расстоянии. Наиболее популярная аналогия от опытных учителей — сравнение потока с муравьями, идущими колонной и несущими на себе обычные сухие листья.

Такое представление довольно обобщенное, но основная идея правильная. Схема напоминает сплошную электрическую петлю, приводящую в работу обычный фонарик. Однако в больших бытовых приспособлениях электричество работает по-другому. Розетки, вмонтированные в стену, поставляют приборам источник энергии, основанный на переменном токе (AC). В нем электричество переключается с большой скоростью, составляющей 50−60 раз в секунду, то есть частота таких переключений — 50−60 Гц.

Обычному человеку, который не обладает знаниями в области электроники, не совсем понятно, как такой ток питает приборы, если постоянно меняет направление своего движения. Однако ответ на этот вопрос прост. Например, можно взять обычную настенную лампу, работающую от источника переменного тока. При включении ее в розетку электроны начинают активно двигаться, меняться местами и менять направление движения. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому в проводах образуется тепло.

Именно это тепло и будет переходить в лампу, приводя к ее свечению. Переменный ток также эффективно питает приспособления, как и постоянный, но электроны в нем движутся на месте.

Общие сведения о приборе

Величайшее открытие Николы Теслы сегодня используется человечеством повсюду. Большинство приспособлений в каждом доме предназначены для работы от источника постоянного тока, но от розеток идет переменный. Именно поэтому почти всегда требуется специальное устройство или выпрямитель, который будет преобразовывать AC в DC.

Инвертор же выполняет совершенно противоположную функцию. Можно рассмотреть его работу на примере обычного фонарика. Прибор небольшой и питается от встроенного аккумулятора, который становится источником постоянного тока. Если извлечь его из приспособления, перевернуть другим полюсом и снова установить, разницы в работе или в качестве освещения не будет заметно. Однако электричество будет протекать по-другому.

Такой процесс можно сравнить с механическим преобразователем, когда человеческие руки поворачивают аккумулятор со скоростью 50−60 раз в секунду. Конечно, приборы, которые можно приобрести в специализированных магазинах, работают несколько иначе. Для постоянного изменения направления движения электронов используются магнитные переключатели. Однако такая конструкция только у приспособлений механического типа.

Электронные инверторы меняют направление плавно, исключая резкие перепады напряжения. Второй тип считается более предпочтительным вариантом, поскольку постоянные скачки напряжения отрицательно отражаются на функционировании некоторых электроприборов. Конструкция таких инверторов оснащена специальными индукторами и конденсаторами. Эти детали смягчают поток энергии на входе и выходе, за счет чего и образуется плавный источник питания для электроприборов.

В некоторых случаях инверторы применяются для трансформаторов с целью преобразования источника переменного тока на более высокую или низкую частоту в зависимости от нужд конкретного потребителя. Стоит отметить, что выходная мощность всегда меньше входной. Это необходимо для нормального функционирования устройств. Любой трансформатор или инвертор не может выделять больше энергии, чем потребляет, поскольку некоторая ее часть теряется.

Принцип работы

Действует инвертор по простому принципу, который можно понять, если привести конкретный пример. Обычный аккумулятор работает примитивно и выдает постоянный поток тока, не меняющего своего направления. Если в эту конструкцию добавить переключатель, который на выходе будет менять направление движения электронов, то к прибору будет поступать уже AC. Чтобы сделать его правильным, переключатель должен работать исправно и на протяжении секунды срабатывать не менее 50 раз. В минуту происходит около 3000 изменений в потоке электронов.

Механический инвертор работает несколько иначе и посредством специальных магнитов также быстро изменяет направление тока. Принцип его функционирования напоминает дверной звонок. При нажатии на кнопку человек воздействует на пружину, которая подает сигнал к изменению мощности и потока электроэнергии. При отпускании все возвращается в исходное положение. Устройство также оснащено специальным контроллером, который выполняет и другие функции:

• регулирование напряжения в приспособлении;
• синхронизация частоты переключения;
• обеспечение защиты от перегрузок и поломок.

Благодаря этому даже механическая модель устройства позволяет крупным электроприборам работать бесперебойно.

Классификация устройств

Существует множество моделей инверторов. Они могут быть массивными и оснащенными специальными аккумуляторами. Выпускаются портативные модели, которые имеют небольшие размеры и используются в разных целях. Разделяют приспособления и по мощности, которую они потребляют и производят. Этот параметр считается основным при выборе, особенно если необходим высокий показатель, например, на производстве.

Стоит отметить, что даже самые мощные инверторы не предназначены для длительного функционирования на максимальных показателях. В зависимости от принципа действия устройства делятся на следующие:

• зависимые, которые работают только от сети;
• автономные, оснащенные аккумулятором;
• инверторы напряжения и тока.

Автономные модели обычно используются для кратковременной работы и не зависят от источника тока. Отдельные приборы предназначены специально для постоянного подключения к сети. Иногда устройства оснащают солнечными батареями.

Каждый из вариантов имеет свои преимущества. Например, автономные подойдут любым устройствам и могут выручить в сложной ситуации. Солнечные экономят электроэнергию, а зависимые не нуждаются в подзарядке или других условиях, чтобы функционировать. В ночное время солнечная батарея неуместна и не сможет служить владельцу, поэтому такие модели выбирают редко.

Существуют также универсальные устройства, которые могут работать от сети и в автономном режиме, но не одновременно. Недостатком таких приборов будет большой размер, поскольку для обеспечения функционирования в двух режимах необходимо оснастить агрегат дополнительными деталями.

Приборы, которые устанавливались до 1970 года, использовали в работе специальные ртутно-дуговые клапаны. Современные модели обычно твердотельные и считаются более эффективными и безопасными.

Сварочные инверторы

Отдельно стоит выделить специальные инверторы, которые позволяют значительно повысить эффективность работы сварочного аппарата и быстро соединить две металлические детали без усилий и сделать конструкцию надежной. Эти инверторы обладают множеством преимуществ:

1. Отличаются высокой мощностью и производительностью.
2. Надежность и долговечность сварных швов.
3. Возможность выбрать компактную модель и переносить ее в место, где человек будет работать.
4. Высокий КПД, составляющий почти 90%. Этот показатель гораздо выше, чем у обычных трансформаторов.
5. Умеренное расходование электрической энергии и экономичность.
6. Во время работы сварочного аппарата брызги металла отделяются в меньшем количестве, что позволяет экономить не только электроэнергию.
7. Возможность регулировать подачу тока, делая ее плавной.
8. Сварщик может выполнять работу по металлу даже при отсутствии большого опыта в этой сфере.

Универсальность устройства позволяет использовать его в разных областях, а возможность выбрать лучшую модель по соотношению цены и качества считается одним из важных преимуществ.

Популярные разновидности

Перед выбором подходящего устройства рекомендуется ознакомиться с его разновидностями и назначением. Существуют модели, используемые только для сварки, а есть приборы для резки металла. Стоит также отметить, что выпускаются устройства для профессионального применения, имеющие большие размеры.

Для домашнего использования стоит выбрать непрофессиональные или полупрофессиональные инверторы. Последние сочетают в себе большее количество функций. При выборе необходимо учитывать входное напряжение. Стандартный показатель равен 220 В, но есть модели, которые предназначены для работы от источника с напряжением 380 В.

Легкость зажигания прибора может колебаться в пределах 40−90 В. Чем выше этот показатель, тем легче работать специалисту. Если человек предполагает использовать устройство на максимальном напряжении длительное время, рекомендуется обращать внимание на цифры, указанные производителем в техническом паспорте. Хороший показатель составляет 70% и выше.

Если владелец знает, что будет работать с тонким металлом, рекомендуется обратить внимание на нижний предел исходящего тока. Эта цифра не должна превышать 10 А. В противном случае есть риск, что новичок испортит материал. У профессионалов такие проблемы возникают редко, поэтому они могут применять любое устройство.

Во многих моделях присутствуют дополнительные функции. Например, горячий старт увеличивает напряжение на короткий период, что облегчает работу. Для новичков в инверторе существует режим антизалипания. Он предотвращает приварку электрода к кромке, что нередко случается, если человек не имеет большого опыта в этом деле. Форсаж дуги — дополнительная функция, позволяющая исключить прилипание электрода в случае отделения от него большой капли расплавленного металла.

Наличие таких режимов значительно облегчает работу для новичка и профессионала, исключает неприятные и аварийные ситуации.

Инвертор — универсальное приспособление, позволяющее сделать работу бытовых, промышленных и других приспособлений более плавной и качественной. При выборе и использовании устройства следует придерживаться рекомендаций, которые облегчат процесс.

Для чего нужен преобразователь напряжения (инвертор)?. Статьи компании «Якісна Енергія

Большая эффективность переменного тока, в сравнении с постоянным, доказана как практически, так и теоретически. Но что делать, если получить переменный ток по каким-либо причинам невозможно, а постоянный доступен?

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока (например 12 В) в переменный ток (например 220 В) с изменением величины напряжения или без. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближенного к синусоиде. Причем получить на выходе можно, теоретически, любой ток, с любыми необходимыми параметрами. Ток, получаемый на выходе, не зависит от входящего — инверторы позволяют получать не статичные параметры тока на выходе, а регулировать его от нуля до максимума, любой частоты и любого напряжения. Источниками постоянного тока 12 вольт, как правило, являются аккумуляторные батареи (АКБ) .

Существуют две группы инверторов, которые различаются по стоимости:

Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синусоидальное выходное напряжение.
Вторая группа обеспечивает выходное напряжение упрощенной формы, заменяющей синусоиду. Чаще всего используется сигнал в виде трапецеидального синуса.

Принцип работы инвертора, если упростить сам процесс, таков — это трансформатор, к первичной обмотке которого подключены 2 тиристора. Они открываются поочередно. В результате работает либо левая, либо правая обмотки. Они направлены согласно и встречно. А, значит, во вторичной обмотке возникает, попеременно ток как положительный, так и отрицательный. Токи в обмотке нарастают и уменьшаются, во вторичной обмотке также, но еще и меняя направление тока, в зависимости от того, какая первичная обмотка сейчас активна. Правда, на выходе мы получаем модифицированную синусоиду, ступенчатую, а не плавную, но это не существенно для работы приборов. Главной проблемой в инверторах является не сама схема преобразования, а обеспечение слаженной работы всех элементов преобразования. Процессов, по сути, три: прямой ток уменьшается до нуля, затем происходит задержка приложения прямого напряжения, до восстановления запирающей способности, нарастание тока во втором тиристоре. Эти процессы могут быть как одновременными, так и последовательными. Но вот не допустить сбоев в последовательности процессов — это самая сложная задача.
Для подавляющего большинства бытовых приборов допустимо использовать переменное напряжение с упрощенной формой сигнала. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных, измерительных, лабораторных приборов, медицинской аппаратуры, а также профессиональной (HI-FI, HI-END, ди-джей) аудио аппаратуры.
Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц.

Существуют три режима работы инвертора:

1. Режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора.
2. Режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной.
3. Режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную моментальную мощность в течение нескольких миллисекунд, для обеспечения запуска электродвигателей и емкостных нагрузок.
   В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность, в 1,5-2 раза превышающую номинальную. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника.

 

Для чего же нужен преобразователь напряжения (инвертор) ?

 

Самое простое и распространенное применение инвертора — это использование его в качестве резервного или аварийного источника питания для бытовых приборов, которые потребляют переменный ток напряжением 220 Вольт.
С помощью инвертора можно подключить практически любую бытовую технику: кухонную или оргтехнику, электроинструмент или телевизор.
Например: на даче отключили электричество, и у Вас нет света, Вы не сможете посмотреть любимый сериал вечером, и, что самое неприятное, потек холодильник. При наличии инвертора и аккумуляторов вы сможете обеспечить себя электричеством по крайней мере на несколько часов.
Еще пример. Инвертор пригодится, чтобы автономно, от автомобильного аккумулятора, пользоваться электроинструментами (дрели, пилы, рубанки и т. д. ) при строительстве или ремонте объектов, где поблизости нет сети 220 В. Также очень удобен инвертор для рыболовов-охотников.
Система бесперебойного питания, установленная в Вашем доме, и включающая в себя аккумуляторные батареи и инвертор, позволит Вам стать независимым от перебоев в электросети 220 В. В случае отключения внешней сети, освещение и приборы Вашего дома будет питаться от аккумуляторных батарей через инвертор. После возобновления подачи электричества инвертор произведет автоматическую зарядку аккумуляторов.

Инвертор или генератор?

В качестве резервного источника питания можно использовать и генератор, но у инверторной системы есть преимущества, например бесшумность, а также то, что не нужно покупать бензин/дизтопливо и не нужно менять масло и фильтры в двигателе генератора. Инверторная система не имеет движущихся деталей и поэтому более надежна и практически не требует сервиса.
В некоторых системах бесперебойного питания коттеджей инверторные системы питания могут быть дополнены генератором для подзарядки аккумуляторных батарей и достижения более длительной автономной работы.

Какие основные характеристики инверторов?

Основной характеристикой инвертора является мощность (Ватт), а также, характеристика более дорогих инверторов — это наличие синусоидального напряжения на выходе.

Чем инверторы отличаются друг от друга?

Как уже было сказано, прежде всего, мощностью. Кроме этого, напряжением входного тока (12, 24, 48, 96, 240 В), типом выходного переменного тока (чистая или модифицированная синусоида), наличием встроенного зарядного устройства, наличием реле переключения нагрузок, типом выходного соединения (розетки на корпусе самого инвертора или клеммные соединения для проводов), а также наличием дополнительных функций, таких, как, например, возможность программирования параметров работы наличие дистанционного управления или различных реле управления.

Как подключить преобразователь напряжения (инвертор) ?

Портативные инверторы до 180 Вт имеют штекер, который можно воткнуть в автомобильный прикуриватель. Это удобно, но мощность такого подключения крайне ограничена. Большинство портативных автомобильных инверторов до 500 Вт дадут Вам ток 220 вольт в течение 30-60 минут от автомобильного аккумулятора, даже если автомобиль при этом не работает. Это время зависит от состояния и возраста батареи, а также от потребляемой мощности включаемой аппаратуры 220 вольт. Если Вы используете инвертор при отключенном двигателе автомобиля, имейте в виду, что Ваш аккумулятор разряжается и Вам необходимо включать двигатель для его зарядки каждый час хотя бы на 10 минут.
Более мощные портативные инверторы(от 300 до 1200 Вт) имеют клеммы с зажимами, которые жестко присоединяются к (АКБ) или подключаются непосредственно к бортовому питанию автомобиля, яхты и т. п. во избежание искрения контактов.
Основное правило — для подключения постоянного тока используются толстые провода как можно меньшей длины. Если необходима установка инвертора вдали от батареи, рекомендуется нарастить длину проводов переменного тока 220 вольт (например, использовать удлинитель). Соединение по постоянному току (от батарей к инвертору) рекомендуется делать не более 3 метров, поскольку усиливается затухание постоянного тока и ускоряется разряд АКБ.

Какой тип инвертора лучше — с чистым или модифицированным синусом?

Преимущества инверторов с чистой синусоидой выходного тока 220 вольт:
1. Форма волны переменного тока 220 вольт на выходе инвертора имеет крайне малые величины гармонических искажений, и практически не отличается от стандартного напряжения бытовой сети 220 вольт.
2. Индуктивные двигатели микроволновых мечей, а также других бытовых приборов, содержащих электродвигатели, работают быстрее, меньше нагреваясь.
3. Меньше шума в таких приборах, как, например, фены, лампы дневного света, аудио-усилители, факсы, игровые приставки и т. д.
4. Меньшая вероятность зависания компьютера, ошибок печати принтера, перебоев и шума монитора.
5. Надежная работа следующих приборов, которые могут не функционировать с током модифицированной синусоиды:
• Лазерный принтер, копир, магнитооптический дисковод
• Некоторые портативные компьютеры
• Некоторые лампы дневного света
• Электроинструменты с транзисторами и переменной скоростью вращения
• Некоторые зарядные устройства для беспроводных электроинструментов
• Приборы, контролируемые микропроцессорами
• Цифровые часы с радио
• Швейные машинки с переменной скоростью двигателя и с микропроцессорным контролем
• Некоторые медицинские приборы (например кислородные концентраторы)
Инверторы с модифицированной синусоидой будут работать с большинством электроприборов. Если Ваша задача — обеспечить бесперебойное питание для домашнего освещения, телевизора, холодильника, то инвертор с модифицированной синусоидой будет наиболее экономичным решением. Инверторы чистого синуса предназначены для работы с более чувствительной аппаратурой.

Мой вольтметр показывает 190 вольт, при замере напряжения от инвертора с модифицированной синусоидой. У меня неисправный инвертор?

Нет, с вашим инвертором все нормально. Обычный тестер может давать погрешность от 20% до 40% при замере напряжения инвертора с модифицированной синусоидой. Для корректного замера используйте тестер «эффективного значения», называемый также тестером «среднеквадратичного значения» или «TRUE RMS». Такой прибор значительно дороже обычных дешевых мультиметров, но только он может показать корректный вольтаж инвертора с модифицированной синусоидой.

Какие лучше использовать аккумуляторные батареи?

Мы рекомендуем использовать стационарные необслуживаемые батареи VRLA, выполненные по AGM или гелевой технологии, которые имеют целый ряд преимуществ, среди которых главные — это качество и долговечность, а также отсутствие проблем с кислотными и взрывоопасными испарениями.

Какая емкость аккумуляторных батарей нужна для системы бесперебойного питания дома?

Это зависит от нескольких факторов:
1. Какое время автономной работы приборов Вам необходимо?
2. Какое суммарное потребление ваших приборов (Ватт), для которых необходимо автономное питание?
3. Какое входящее напряжение у Вашего инвертора?
На основании этого и подбирается АКБ.

Особенности работы телевизора и аудио-аппаратуры.

Несмотря на то, что все инверторы являются экранированными приборами для уменьшения помех, некоторые помехи, отражающиеся на качестве теле сигнала, все же могут возникнуть (в особенности при слабом сигнале).

Вот несколько советов:

• Прежде всего, убедитесь, что антенна дает нормальный сигнал в обычных условиях, без инвертора. Убедитесь, что кабель антенны надлежащего качества.
• Попробуйте изменить расположение антенны, телевизора и инвертора относительно друг друга. Убедитесь, что провода постоянного тока максимально удалены от телевизора.
• Сверните кольцом провода питания телевизора и провода, соединяющие аккумулятор с инвертором.
• Поставьте фильтр на провод питания телевизора.
Некоторая недорогая аудио аппаратура может слегка «фонить» при работе от инвертора. Решение этой проблемы только в покупке более качественной аппаратуры.

Как работает инвертор — как ремонтировать инверторы

Бесполезно обсуждать, как ремонтировать инверторы постоянного или переменного тока до того, прежде чем понять, как работают инверторы. Ниже предоставлена информация, содержащая аспекты, которые могут оказаться весьма полезными для любого электронщика.

Составные элементы инвертора

Как следует из названия, инверторы постоянного или переменного тока – это электронное устройство, которое может преобразовывать постоянный ток, обычно берущийся из свинцово-кислотных аккумуляторов в переменный, который может быть вполне сопоставим с напряжением, присутствующим в обычной осветительной сети.

Ремонт специфических инверторов не простое дело и требует определенных знаний в этой области. Инверторы, предоставляющие синусоидальное напряжение на выходе, или те, которые используют технологию ШИМ, чтобы генерировать синусоиду, сложные в плане диагностики и устранения неисправностей для тех, кто недавно занимается ремонтом подобного оборудования. Однако, простые инверторы, которые основаны на базовых принципах, сможет отремонтировать даже человек, не являющийся экспертом в этой области.

Прежде, чем мы перейдем к поиску неисправностей, важно обсудить, как работает инвертор и различные стадии, являющиеся нормальными для этого оборудования:

Обычно инвертор состоит из трех важных компонентов: выпрямитель, шина постоянного тока и собственно сам инвертор.

Генератор: данный этап отвечает за генерацию осциллирующих импульсов либо через интегральную, либо через транзисторную цепь. Эти колебания, как правило, существуют в виде прямоугольных импульсов.

Вышеуказанные генерируемые прямоугольные импульсы слишком слабы и не могут быть использованы для трансформаторов высокого напряжения. Таким образом, эти импульсы поступают на следующий каскад усилителя, чтобы соответствовать поставленному заданию.

Усилитель или Драйвер: Это осциллируемая частота, которая усиливается на высоких уровнях тока, с использованием силовых транзисторов или МОП транзисторов. Несмотря на повышенную отдачу от переменного тока, его хватает для заряда аккумулятора, однако он не может работать с нагрузкой, так как ей нужно более высокое напряжение. Высокое напряжение появляется на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Выходной трансформатор: Мы все знаем, как работает трансформатор; в источниках питания постоянного/переменного тока обычно используется понижение через магнитную индукцию двух обмоток. В инверторах трансформатор обычно используется для подобных целей, однако, здесь высокое напряжение переменного тока появляется на вторичных обмотках в результате ступенчатого усиления напряжения на первичной обмотке трансформатора. Наконец, это напряжение используется для питания электрических приборов, таких, как осветительные приборы, вентиляторы, миксеры, паяльники и другие.

Инверторы постоянного или переменного тока, подсказки по ремонту

Описанные выше вещи очень важны, чтобы получить правильный результат от инвертора. Во-первых, генерация колебаний, благодаря которой, процесс индукции напряжения может проходить через обмотку трансформатора. Во-вторых, частота колебаний тоже очень важна, она является фиксированной величиной. Эта величина отличается в разных странах, например, в странах с напряжением 230 V, обычно рабочая частота 50 Hz, а в других странах, где напряжение 120 V, рабочая частота 60 Hz.

Сложные устройства, например, промышленные компьютеры и прочие подобные устройства не рекомендуется использоваться с инверторами на основе импульсов прямоугольной формы. Резкий рост и падение прямоугольных импульсов просто не подходит для использования с такого рода устройствами.

Как ремонтировать инвертор

Как только вы поняли, из каких частей состоит инвертор и разобрались со всем тем, что было написано выше, стало гораздо проще разобраться с тем, что вышло из строя. Следующие советы помогут вам понять, как ремонтировать инверторы постоянного и переменного тока:

Инвертор “Не включается”: Проверьте напряжение аккумулятора и соединения, проверьте предохранитель. Если все в норме, откройте крышку инвертора и проделайте следующие операции:

Найдите область генератора; отсоединить его выход и, с помощью частотомера, проверьте правильность его работы. Отсутствие частоты или стабильного тока указывает на возможную неисправность. Проверить и все его комплектующие на наличие неисправностей.

 

Когда вы убедились, что генератор работает нормально, переходите к следующему этапу т.е. к усилителю-драйверу. Проверьте каждое устройство с помощью цифрового мультиметра, возможно, для более точной проверки, все придется полностью разобрать. Если вы нашли, что конкретно неисправно, просто замените эту деталь на новую

Инвертор для солнечных батарей, как правильно выбрать

Инвертор одна из неотъемлемых составляющих любой системы солнечных батарей и ветрогенератора. Его задача преобразовывать постоянный ток, вырабатываемый панелями, в переменный 220 вольт, который используют большинство современных бытовых  и промышленных приборов.

Но, несмотря на то что все инверторы выполняют одинаковую функцию, не все они могут подойти непосредственно под ваши задачи.

Как выбрать инвертор

Важные параметры этого устройства

1. Мощность, которую он может отработать.
2. Число одновременно подключаемых линий панелей.
3. Рабочая частота
4. Коэффициент полезного действия, на прямую влияет на производительность всей станции.
5. Вес оборудования, как показатель его качества.

Теперь обо всем этом, и не только, подробнее!

Прежде чем приступить к выбору такого оборудование нужно определится с типом вашей солнечной электростанции и ее задачей.

1 Автономная электростанция. Ваша электростанция не подключена к внешней электрической сети и вы получаете всю электроэнергию только от панеле. В этом случае вам нужен инвертор типа off grid.

В зависимости от свое мощности автономные инверторы подразделяются на однофазные и трёхфазные, а также могут преобразовывать различный вольтаж постоянного тока начиная от 12В, 24В, 48В, 96В и т.д.

Это самый дешевый вариант данного оборудования, стоимость, в зависимости от мощности и страны производителя, составляет 25-600 долларов.

2 Сетевая электростанция. Ваша солнечная электростанция может работать совместно с центральной электрической сетью, но не имеет аккумуляторов.

Инвертор регулирует отбор электричества из сети, но не из аккумуляторных батарей, если панели не вырабатывают достаточного количества. Также он может отправлять излишки выработанной электроэнергии обратно в центральную сеть, например если вы хотите продавать ее по “зеленому тарифу”. Такое оборудование имеет класс on grid.

Кроме своей основной функции это оборудование имеет ее ряд возможностей:

• регулировать частоту напряжения,
• выставить 220 В,
• регулировать амплитуду тока,
• защищать оборудование от перегрева,
• защитить сеть от коротких замыканий.
• выводить информацию на экран телефона, планшета или монитор ПК через Wi-Fi.

Стоимость такого оборудование значительно выше и колеблется в пределах 200-20 000 долларов.

Стоит отметить что цена напрямую зависит от мощности устройства, к примеру инвертор 3-6 КВт будет стоят 2000$, на 1000 КВт уже около 20 000$. Для домашней станции вполне хватит 5 КВт.

3 Аккумуляторно-сетевая. Ваша электростанция обеспечивает электроэнергией все приборы, а излишек отправляет в аккумуляторные батареи, которые отдают накопленный заряд ночью или когда батареи не справляются с нагрузкой.

В случае если батареи не справляются и заряда аккумуляторов не достаточно вы планируете брать недостающую энергию из центральной сети. Для такой задачи вам необходим гибридный (hybrid) инвертор. Он также имеет все функции сетевого, и может продавать излишки в сеть, как например работает “Зеленый тариф” в Украине.

Что касается цены, такое оборудование не дороже сетевого, в некоторых производителях даже отчасти дешевле. Однако цена начинается от 600$ и заканчивается 20 000$ на оборудование большой мощности.

Более подробно о всех этих видах систем можно почитать здесь.

Таким образом можно выделить всего 3 вида инверторов:

• Автономний (off grid).
• Сетевой (on grid).
• Гибридный или универсальный (hybrid).

Подробный видео обзор, как выбрать инвертор

Как рассчитать мощность инвертора

Мощность этого оборудования зависит от номинальной мощности солнечных батарей (по стороне постоянного тока) и максимальной мощности нагрузки по стороне переменного тока.

Другими словами, нужно учесть полную мощность всех солнечных панелей (допустимая погрешность от 90% до 120%) в сети и мощность всех устройств, которые могут быть одновременно запитаны в эту сеть.

Если с панелями все понятно, их номинальная мощность указана в характеристиках, то с потреблением все сложнее. Определять нужно потребляемую пиковую или пусковую мощность устройств, которая может быть в 5-7 раз больше рабочей.

Даже непродолжительная нагрузка во время запуска 2-3 секунды, превышающая мощность инвертора, не позволит запустить через него такой прибор.

Выбираем по напряжению

Такой параметр как входное напряжение также важен, поскольку напрямую влияет на эффективность работы системы. Рекомендуемые параметры:

• 12 В при мощности системы до 600 Вт,
• 24 В при мощности системы  от 600 до 1500 Вт,
• 48 В при мощности системы  более 1500 Вт.

Выбираем по КПД

Такой показатель определяется количеством энергии, которую прибор потратил впустую, например на свою работу. Энергопотребление самого инвертора не должно превышать 5-10% проходящей через него энергии. Иначе это устройство можно считать малоэффективным.

Большинство современным инверторов имеют КПД 90-95%.

Вес оборудование

Качественный инвертор не может быть легким, так как использует трансформатор. Условно можно взять следующие цифры: 1 килограмм на 100 Ватт.

Если 10 ти киловаттный прибор весит значительно ниже 10 кг, значит он низкого качества. При этом 30 ти киловаттный может весить и 15 кг, если меньше, это уже повод усомнится в его качестве.

Меандровые и синусоидальные, тип сигнала

Слева- синусоиндальная система, справа – меандровая.

Меандровые, более дешевый вариант, однако такие приборы не защищают сеть от перепадов напряжения и допускают его резкие скачки, что может негативно сказаться на работе бытовой техники и много оборудования. Это проблему можно решить установкой дополнительного стабилизатора.

Синусоидальные более дорогие, но напряжение на входе и выходе практически одинаковое, а колебания более плавные и не вредит технике.

Синусоидальный инвертор подойдет для частного дома поскольку все индуктивные нагрузки (холодильники, стиральные машины, насосы, кондиционеры и т.п.) просто не будут работать при прямоугольной форме выходного напряжения.

Квазисинусоид — это своего рода компромисс между прямоугольной формой и чистым синусом. Большинство синусоидальных моделей являются качественными, однако встречаются и ненадежные экземпляры.

1 или 3 фазный

Здесь все просто, для частного дома подойдет любой из них. Если даже вам не нужны 3 фазы, будете использовать одну. Для промышленности необходимо только 3х фазный, так как большинство оборудования работаю именно по такому принципу.

Сколько инверторов должно быть в системе

В теории 1 прибора необходимой мощности должно хватить для всей электростанции. Но, если у вас большое количество фотоэлементов и они собраны в несколько линий, лучшу на каждую их них поставить такой преобразователь.

Почему так? Дело в том что нестабильная работа одной линии, например она расположена не на солнечной стороне, будет негативно сказываться на работе инвертора и его КПД будет в целом ниже. Если важно получить максимальную эффективность электростанции, такой вариант не подходит.

Альтернативный вариант, это инвертор на несколько независимых MMP входов. Их может быть 2-4  и стоят такие модели значительно дороже.

Схема без инвертора

Несмотря на все вышеописанное, без этого оборудования можно обойтись. Но, в этом случаи можно подключить напрямую к фотоэлементам только те приборы, которые работают от 12-24 вольт. Этот список будет очень не большим, а значительную его часть будут занимать приборы освещения. Другими словами, такую схему можно использовать по большей части для различных ламп, которым достаточно такого вольтажа и их не пугают перепады напряжения.

Подключение инвертора, правильные схемы

Важно, необходимо обеспечить качественное соединение всех элементов в системе, особенно если мощность электростанции более 500 Вт.

Стандартная схема подключения сетевого инвертора

Использование 2 устройств для более стабильной работы системы а АКБ

Использование двух устройств при двух линиях фотоэлементов