Вопросы и ответы

Многие клиенты Центра Альтернативной Энергетики «АльтЦентр» зачастую путают понятия "инвертор" и "ИБП” (Источник Бесперебойного Питания). Вследствие чего, у них возникают вопросы к работе данных устройств. Это приводит к тому, что автономные энергосистемы, с подобранным неправильно оборудованием, в ответственный момент просто отключаются. Разберем по порядку, что представляют собой эти два, на первый взгляд, аналогичных устройства.

Инвертор

Инвертор предназначен для преобразования тока постоянного напряжения в ток переменного напряжения (DC-AC). Обычно инвертор изготавливают для преобразования тока по стандартам 12В, 24В, 48В и 96В в общепринятый ток с переменным напряжением 220В с частотой 50Гц. Более сложные и дорогие, чаще промышленные, инверторы с тремя каналами преобразования способны преобразовывать в трехфазное напряжение 380В, которое необходимо для работы асинхронных двигателей.

Простой инвертор состоит из трансформатора и коммутатора. В коммутаторе задается частота переключения постоянного тока, к примеру, +12В, 0В, -12В с частотой 50Гц, а в трансформаторе происходит повышение величины напряжения до 220В. На выходе получается переменное напряжение 220В с частотой 50Гц.

По форме выходного напряжения инверторы подразделяются на:

- инверторы с модифицированной синусоидой. Такое напряжение подходит для простых электропотребителей, использующих импульсный блок питания.

- инверторы с чистой синусоидой. Такое напряжение необходимо для требовательных к качеству сигнала электроприборов (холодильники, котлы отопления, асинхронные двигатели, дроссели и т.д).

При правильном подборе мощности инвертора, и его условий эксплуатации, инвертор можно использовать непрерывно.

ИБП - более сложное устройство. ИБП, в первую очередь, предназначен для бесперебойного питания электропотребителей переменным напряжением. Он не допускает кратковременную потерю питающего сигнала, а также скачки и изменение других параметров сигнала. ИБП используется только при наличии электросетевого напряжения, которое сначала проходит через блок ИБП, и с него поступает к электропотребителям.

ИБП состоит из:

- Инвертора, который служит для преобразования постоянного тока с аккумуляторов в переменное напряжение 220В.

- Встроенного зарядного устройства, для заряда аккумуляторных батарей от внешней электросети.

- Блока управления и отображения информации, для управления и регулировки работы ИБП.

Также, как и инверторы, ИБП подразделяются по форме выходного напряжения на:

- ИБП с модифицированной синусоидой. Такое напряжение подходит для простых электропотребителей, использующих импульсный блок питания.

- ИБП с чистой синусоидой. Такое напряжение необходимо для требовательных к качеству сигнала электроприборов (холодильники, котлы отопления, асинхронные двигатели, дроссели и т.д).

Как мы видим, инвертор и ИБП - совершенно разные устройства, однако, почему же их путают?

Во-первых, ИБП известные широкому кругу потребителей, так как они часто используются для безопасной работы компьютеров. Поэтому у всех потребителей возникает ошибочное мнение, что ИБП - это "что-то для компьютера"

Во-вторых, есть доля "лукавства" самих производителей. Большинство производителей инверторов пытаются сделать их более универсальными, особенно это касается инверторов с их узкой направленностью. В инвертор добавляют возможность работать от электросети переменного напряжения, внедряют блок реле переключения с аккумуляторных батарей на внешнюю электросеть. Соответственно, в них появляется зарядное устройство и блок управления, что увеличивает номинальную стоимость устройства, но не всегда удовлетворяет требованиям клиента

При выборе инвертора для автономной электростанции на солнечных батареях или ветрогенераторе на своем объекте у клиентов Центра Альтернативной Энергетики «АльтЦентр» часто возникает вопрос, как правильно выбрать инвертор и не совершить ошибок при выборе.

Основные ошибки выбора инвертора:

Подключение и длительная работа нагрузки с мощностью обозначенной на корпусе инвертора. Часто производители инверторов пишут на корпусе инвертора максимальную или пиковую мощность инвертора, на которой инвертор может работать не более 10-30 минут на максимальной мощности и не более 5-15 секунд на пиковой. При этом номинальная мощность инвертора составляет на 30-50% меньше максимальной мощности, и на 50-100 % меньше пиковой мощности. Использование нагрузки с постоянной номинальной мощностью равной максимальной или пиковой мощности инвертора приведет либо к отключению инвертора по защите, если такая имеется, либо к перегреву и выходу из строя инвертора, проще говоря перегоранию. Также большинство подключаемых нагрузок имеют пусковую мощность от 1,5 до 10 раз превышающей номинальную мощность, соответственно для такого оборудования необходимо выбирать инвертор с максимальной мощностью равной пусковой мощности нагрузки, либо ее превышающей. К примеру, номинальная мощность двигателя компрессора холодильника 150-300 Вт, а пусковая мощность двигателя компрессора достигает 2000 Вт. Соответственно для работы холодильника от инвертора, максимальная мощность инвертора должна быть не менее 2000 Вт.

Инверторы подразделяются на два типа с идеальной синусоидой и с модифицированной синусоидой. Инверторы с модифицированной или аппроксимированной синусоидой можно применять для питания простых устройств типа лампочек, нагревателей или для устройств имеющих импульсный блок питания, компьютеры, цифровая техника, и другие устройства нетребовательные к качеству питающего тока. Инверторы же с идеальной синусоидой формы выходного сигнала необходимы для питания устройств, требовательных к питающему напряжению. К ним относятся, насосы отопительного оборудования, холодильники,  асинхронные двигатели, дроссели и т.д). Для данных электроприборов ступенчатая форма питающего сигнала наводит помехи в работе, приводит к перегреву и выходу из строя. Лучше всего использовать инверторы с идеальной синусоидой, они подходят ко всему оборудованию, вследствие чего не возникает проблем.

Часто многие пользователи пытаются из источников бесперебойного питания для компьютеров, которые значительно дешевле автономных инверторов, сделать инвертор для питания электрооборудования в автономной электростанции, путем увеличения количества аккумуляторных батарей. Источники бесперебойного питания для компьютерной техники не подходят (!!!) для этого по следующим причинам:

а) ИБП для компьютера не рассчитан на длительное время работы. Его рабочее время не более 15-30 минут, для сохранения данных на компьютере и безопасного завершения работы. Потом он автоматически выключится по перегреву, так как его номинальная мощность, указанная производителем, фактически равна максимальной. Соответственно и аккумуляторы у него используются встроенные небольшой емкости, рассчитанные на его рабочее время при номинальной мощности. Если убрать защиту то он просто сгорит, что может привести к пожару.

б) Увеличение емкости аккумуляторных батарей приведет к большему времени работы, если нет защиты, то инвертор может перегреться и сгореть что может привести к пожару. 

в) Увеличение емкости аккумуляторных батарей приведет к повышенной нагрузке на встроенное зарядное устройство ИБП, вследствие чего оно перегреется и сгорит, что может привести к пожару.

Так как мощность компьютерного ИБП фактически указана максимальная и составляет менее 1500 Вт, а суммарная мощность стационарного компьютера не более 1000 Вт, и практически нет пусковых токов, то при подключении холодильника, ИБП не выдержит пусковой мощности двигателя компрессора холодильника и сгорит, что может привести к пожару, в чем, к сожалению, убедились многие «умельцы».ИБП для компьютера почти все имеют модифицированную синусоиду. Так как компьютер и его устройства имеют импульсные блоки питания, которым не важна форма синусоиды питающего напряжения. Соответственно подключение к таким ИБП холодильника, газового котла, и другого оборудования, чувствительного к форме сигнала питающего напряжения, приведет к их поломке, или от неправильной работы и помех они перегреются и сгорят, что может привести к пожару

Основная функция источника бесперебойного питания для компьютера – поддержание работы компьютера при колебаниях электрического сигнала в электросети и безопасное завершение работы компьютера с сохранением информационных данных при отключении электроэнергии.

Большинство автомобильных инверторов не имеют ограничения по разряду подключенных аккумуляторов, соответственно при отсутствии контроля, аккумуляторные батареи будут полностью разряжены, что значительно сократит их последующий срок службы. В автономных инверторах есть контроль заряда аккумуляторных батарей, и программное обеспечение, следящее за уровнем их заряда, величиной нагрузки. Автономный инвертор автоматически отключит питание от акб либо отключит питание части неосновной нагрузки в случае падения уровня заряда до установленного. Также в таких инверторах возможна ручная настройка уровня остаточного заряда АКБ. Данная функция позволят сохранять остаточный заряд АКБ, продляя срок службы аккумуляторных батарей.

При выборе инвертора для электростанции на своем объекте у клиентов Центра Альтернативной Энергетики «АльтЦентр» часто возникает вопрос, в чем отличие инверторов с чистой и модифицированной синусоидой? 

Рассмотрим типы выходных сигналов с инверторов и метод их получения. Начнем с самого простого.

• П-образная синусоида, также называется меандр.
  

Данный сигнал получается на выходе самого простого инвертора, состоящего из коммутатора и трансформатора. В коммутаторе задается частота переключения постоянного тока, к примеру, +12В, -12В с частотой 50Гц, а в трансформаторе происходит повышение величины напряжения до 220В. На выходе получается переменное напряжение 220В с частотой 50Гц.

Такие инверторы практически не выпускаются, так как данный сигнал негативно влияет на работу оборудования и способен вывести его из строя.

• Модифицированная синусоида.
  

В отличие от простого меандра имеет режим короткого замыкания в коммутаторе, в результате имеем паузу в нулевом значении напряжения, создающую определенную ступеньку в форме сигнала.

В коммутаторе задается частота переключения постоянного тока, к примеру, +12В, 0В и -12В с частотой 50Гц, а в трансформаторе происходит повышение величины напряжения до 220В, на выходе получается переменное напряжение 220В с частотой 50Гц  форме модифицируемой синусоиды.

При использовании дополнительных задержек на различных уровнях напряжения можно получить многоступенчатую форму сигнала или аппроксимированную синусоиду, что тоже является модифицированной, но максимально приближенной к идеальной синусоиде формой сигнала.

Несмотря на близкую приближенность к идеальной синусоиде, и расширенное использование, данная форма сигнала все равно не подходит для многих типов устройств, так как для них любая ступень  в форме питающего сигнала наводит помехи в работе и приводит к перегреву и выходу из строя оборудования.

Инверторы с модифицированной или аппроксимированной синусоидой можно применять для питания простых устройств типа лампочек, нагревателей или для устройств, имеющих импульсный блок питания, компьютеры, цифровая техника, и другие устройства нетребовательные к качеству питающего тока.

• Идеальная синусоида.
  

Получается только на выходе инверторов с другим способом преобразования. В данных инверторах постоянный ток сначала повышается до 300В, а потом через два канала высокочастотного коммутатора по мостовой схеме с частотой 50Гц получается две синусоиды с напряжением от -300В до +300В и сдвигом по времени на 180 градусов. Их наложение дает на выходе инвертора переменное напряжение 220В с формой идеальной синусоиды.

Инверторы с идеальной синусоидой формы выходного сигнала необходимы для питания устройств, требовательных к питающему напряжению. К ним относятся, насосы отопительного оборудования, холодильники, асинхронные двигатели, дроссели и т.д.