О чем стоит задуматься прежде, чем купить автомобильный инвертор?
Инвертор, позволяющий преобразовать постоянные 12 В от аккумулятора в переменные 220 В, хорошо знаком многим автолюбителям. Правда, большинство из нас знакомы с миниатюрными бытовыми инверторами небольшой мощности (
100 — 300 Вт). Такие инверторы находят применение в тех ситуациях, когда необходимо подключить, например, не очень мощный ноутбук, планшет, который нельзя питать от USB или какое-либо другое маломощное устройство. Я не являюсь исключением и до недавнего времени был уверен, что мне вполне хватит вот такого компактного и симпатичного инвертора от известного производителя. Но уже скоро стало понятно, что его возможностей хватает, разве, что на питание моего ноутбука или планшета, не поддерживающего нормальное питание по USB. Остальные, маломощные устройства легко питаются по USB от адаптера в прикуриватель. Про питание более мощных устройств от этого блока питания и речи идти не может. Так, что большого смысла в этой покупке я не увидел. Зато стало очевидным, что если хочешь иметь в своей машине нормальную розетку, от которой можно было бы питать самую разную нагрузку, то необходимо посмотреть в сторону более мощных и дорогих инверторов и здесь всё оказалось не так просто как мне казалось сначала. В этой статье поделюсь собственным опытом, который, надеюсь, поможет вам быстрее подобрать нужную модель, не допуская типичных ошибок.
“Чистый” или “Модифицированный” синус?
Прежде всего, необходимо было определиться с самым распространённым вопросом, а именно с формой выходного напряжения. Существует два типа инверторов: выдающие на выход “чистый” или “модифицированный” синус. Инверторы с “модифицированным” синусом более доступны по деньгам и могут использоваться для питания большинства современной электроники, включая компьютеры, телевизоры, большинство бытовых приборов, вентиляция с обычными электродвигателями, нагревательные приборы (тэны), освещение, а также любые устройства, использующие импульсный источник питания. От “модифицированного” синуса можно запитать даже электроинструмент.
Если же в ваших планах стоит питание холодильника, климатического оборудования, пылесоса, насоса, высокоточного измерительного оборудования, медицинского и измерительного оборудования, устройств с асинхронными двигателем или трансформаторным питанием, то тут придётся разориться на инвертор с “чистым” синусом.
Мощность.
Максимальная мощность инвертора подбирается в зависимости от нагрузки, которую вы планируете использовать. Но это не значит, что если вы хотите запитать холодильник, потребляющий порядка 100-150 Вт, то можно обойтись недорогим двухсот ваттным инвертором. Здесь нужно помнить про пусковой ток, который может в разы превышать номинальный ток. А это значит, и пиковая мощность будет в разы выше. В характеристиках инверторов указывается в течение какого времени он сможет выдержать такую мощность до перехода в защиту. Это крайне важно. Ещё один момент, о котором нужно помнить, фактическая мощность качественного инвертора, обычно на 5-10% выше номинальной. Это значит, что если вы покупаете киловаттный инвертор, то и номинальная нагрузка не должна превышать 1000 Вт.
Просто инвертор или ИБП?
Если классический инвертор работает в режиме автономного электроснабжения, например, при установке в транспортном средстве, то некоторые современные инверторы оснащаются функцией бесперебойного питания, позволяющей использовать их в схеме резервного питания, например, в загородном доме. В этом режиме, в основное время инвертор работает от основной электрической сети, выполняя две очень полезные функции: стабилизация с защитой и зарядка аккумуляторной батареи. В случае отключения электричества по основной линии, происходит переключение на резервный источник (аккумуляторную батарею). Благодаря практически мгновенному (несколько миллисекунд) переключению, этот процесс незаметен для потребителя. В качестве резервного источника может использоваться AGM, гелевый, литий-фосфатный аккумуляторы с напряжением 12 В и номинальным разрядным током не менее 125 ампер. Хочу отметить, что обычный (стартерный) автомобильный аккумулятор не рекомендуется использовать в системах резервного питания, так как он не переносит глубокого разряда и после нескольких циклов заряда/разряда аккумулятор приходит в негодность, осыпаются пластины.
Почему инвертор, а не обычный ИБП?
Всё дело во времени автономной работы. Если обычный ИБП рассчитан на 10-15 минут автономной работы, то инвертор с функцией ИБП способен, в зависимости от нагрузки, работать час и более. Зависит от ёмкости аккумуляторной батареи и нагрузке. Например, с AGM аккумулятором, ёмкостью 150Ач, инвертор сможет питать постоянную нагрузку в 150 Вт в течение 6 часов. Если мы берем в расчет холодильник или газовый котел, то следует учесть, что оборудование не работает постоянно, а периодически включается на непродолжительное время, таким образом, время автономой работы может быть продлено до 12-15ч.
Про защиту…
Правильный инвертор должен иметь многоуровневую систему защиты, которая позволит избежать перегрузки, проблем, связанных с коротким замыканием и перегревом. Модели с поддержкой функции ИБП должны иметь многоступенчатую систему зарядки с оптимизацией параметров, позволяющих продлить время жизни аккумуляторной батареи. Почему это важно? Инвертор, особенно с “чистой” синусоидой, удовольствие не из дешёвых и каждому из нас хочется, чтобы прослужил он как можно дольше независимо от проблем в нагрузке. По большому счёту это всё, на что стоит обратить внимание при выборе инвертора. Как вы можете видеть, ничего сложного тут нет и для того, чтобы разобраться с основными характеристиками не нужно иметь высшее техническое образование и вникать в схемотехнические особенности преобразования. Достаточно иметь общее представление о том, для чего и в каких условиях будет эксплуатироваться инвертор. Остаётся только определиться с тем какую именно модель купить? Следуя сложившейся, в последние годы, традиции, я решил посмотреть инвертор на AliExpress, которая традиционно предлагает не только лучшие цена, но поговорим с опытными людьми и почитав отзывы, я решил не рисковать.
Почему не стоит покупать серьезный инвертор на AliExpress?
Так уж сложилось, что там, где нет возможности быстро проверить заявленные характеристика, Китайцы не брезгуют банальным обманом. Это касается обычных PowerBank, ёмкости аккумуляторов в самокатах, гироскутерах и велосипедах и, конечно же, в инверторах. В самом простом случае, вместо номинальной мощности, производитель заявляет пиковую. Опытный человек сразу распознаёт обман и в общих характеристиках найдёт нужный параметр, после чего поймёт насколько привлекательно ценовое предложение. Но бывают ситуации, когда продавец указывает характеристики не соответствующие действительности. Они могут заявить не ту форму выходного напряжения, завысить мощность и ничего не рассказать о типе зарядного устройства аккумуляторной батареи в устройствах с ИБП. Более того, они могут заявить поддержку бесперебойного питания, но понимают под этим лишь то, что инвертор может использоваться по своему прямому назначению ー преобразование низкого постоянного напряжения в высокое переменное. Про качество стабилизации я вообще молчу.
Приведу несколько примеров. Вот инвертор на 2000 Вт, стоимостью всего 2000 рублей. Первое, что меня смущает, размеры устройства. Для “двух киловатника” он слишком мал, но если верить картинкам, этот инвертор легко потянет чайник, кондиционер, холодильник и т.д. и при этом никого не смущает то, что форма напряжения “модифицированная” синусоида.
Но дело даже не в этом. В спецификации продавец указывает, что 2000 Вт ー номинальная мощность. В общем, не инвертор, а мечта, которая рушится, как только мы прочитаем отзывы.
Оказывается, что номинальная мощность всего 600 Вт. В принципе, 2000 рублей за “шестисот ваттный” инвертор, хорошая цена. Здесь, похожий аппарат обойдётся чуть дороже 3000 рублей. Если вы думаете, что это жадность локального продавца, то просто откройте в отзывах фото внутри инвертора за 2000 рублей и вам всё станет понятно.
Вот ещё хороший отзыв о другом инверторе (публикую с сохранением оригинального текста):
“товар не соответствует заявленным параметрам. товар шёл месяц. мощность максимум 700ват. а не заявленные 5000ват в пике. при мощности 1800ват на выходе нет даже 100 вольт. на корпусе не указана мощность на которую он расчитан. котел от него не работает. стабилизатор все время уходит в защиту. ламы светодиодные и экономики горят. на холостом ходу напряжение держит 222 а под нагрузкой падает. на упаковочной коробке в углу приклеена бумажка с мощностью 5000w а вот упаковали походу не тот. либо это обман. буду открывать спор так как для меня это бесполезная штука. мне нужен на 2500ват я заказывал с запасом на 5000ват.”
Думаете, что в таком случае сможете оспорить сделку, то спешу вас разочаровать. В последнее время, арбитраж AliExpress встанет на вашу сторону только в том случае, если вы не получили товар. Если же товар получен, но не соответствует заявленным характеристикам (обман потребителя), то вам предложат вернуть товар продавцу за свой счёт. Инвертор, штука массивная и тяжёлая, поэтому отправка в Китай обойдется почти в тысячу рублей за килограмм при условии доставки наземным транспортом, что займёт очень много времени, в течение которого вы не сможете получить свои деньги обратно. Отправка самолётом обойдётся вдвое дороже. Но даже если вы отправите посылку обратно, это ещё не значит, что вы получите свои деньги обратно. Продавец может заявить, что прибор повреждён или скажет, что он полностью соответствует заявленным характеристикам. При этом арбитраж AliExpress не будет ничего проверять. Вам просто откажут в возврате средств и предложат за свой счёт получить товар обратно.
Я не просто так решил уделить этому вопросу такое внимание. Очень не хочется попасться на очередную хитрость и остаться в дураках. Так, что лучше не экономить и купить то, что нужно у локального продавца, тем более что здесь мы хоть как-то защищены законом, да и в случае чего, понять друг друга сможем быстрее. А случаев таких бывает предостаточно. Вот, например, случиться так, что вы неправильно рассчитали мощность или выбрали инвертор не с той формой напряжения. У себя дома продавец, конечно, если он неслучайно оказался в этом сегменте, поймёт и поможет решить проблему.
Самое сложное.
Сложнее всего оказалось решить, какой именно марке инвертора отдать предпочтение. Вариантов много и главное, не попасться на случайного “производителя”, который, не понимая сути, решил попробовать себя в новом сегменте. Я не говорю, что это будет однозначно плохое, низкокачественное оборудование. Возможно, новый производитель предложит что-то очень интересное по достойной цене. Я опасаюсь не этого, а возможных проблем с гарантией. Допустим, та или иная компания попробовала, не получилось и она ушла с рынка. Инвертор штука недешёвая и хотелось бы иметь гарантии. Это, кстати, ещё одна причина не покупать на AliExpress.
Серьезных производителей, тех, которые на слуху, которых рекомендуют люди неслучайные в этом вопросе, довольно много. Я много прочитал и просмотрел и после всего выбрал для себя инвертор AcmePower (AP). Причин несколько. Во-первых, рекомендации в специализированных группах. Эти инверторы часто устанавливают в спецтранспорте, в том числе и по госконтрактам, и используются в непростых температурных условиях. Это уже говорит о высокой степени надежности и доверия. Во-вторых, несколько лет назад у меня уже был опыт использования оборудования этого производителя. Я собирал на основе их комплекта, электровелосипед. Тогда меня удивила честность производителя, который, несмотря на высокую конкуренцию и высокий градус обмана, абсолютно честно указал мощность мотор-колеса и ёмкость аккумуляторной батареи. В-третьих, широкий модельный ряд инверторов, позволяющий подобрать именно такую модель, которая лучше других справиться с моими задачами.
Я подбирал себе универсальный инвертор, который будет использоваться как в автомобиле, так и в стационарных условиях в качестве резерва, т.е. может использоваться в том числе и для питания холодильника, решил не экономить и потратиться на инвертор с “чистым” синусом и поддержкой функции ИБП. А вот на мощности решил немного сэкономить и выбрал киловаттную модель AP CPS1000/12V. Покупал в Sunergo, дешевле 17 тысяч рублей.
Тест AP CPS1000/12V
Этот инвертор нельзя назвать компактным. При желании можно найти “киловаттную” поменьше и полегче, но передо мной такой задачи не стояло. Для меня на первом месте стоит надёжность, тем более что для “киловатника” с зарядным устройством, CPS1000/12V довольно компактен и легко монтируется в багажник или под сиденье автомобиля.
На лицевой стороне инвертора расположены две розетки, сетевой кабель для подключения к электрической сети общего пользования в резервном режиме, индикаторы состояния, защиты и зарядки.
В тыльной части располагаются мощные клеммы для подключения аккумуляторной батареи, отдельная клемма для “массы” и два вентилятора. Расположение вентиляторов выбрано неслучайным образом. Они установлены напротив силовых элементов, прикрученных к алюминиевому корпусу инвертора, выполняющего функцию массивного радиатора. Благодаря этому обеспечивается наиболее эффективный отвод тепла от горячих элементов внутри корпуса.
Я человек любопытный, поэтому не смог отказать себе в удовольствии заглянуть внутрь инвертора, чтобы собственными глазами оценить качество сборки и перспективы использования данной модели инвертора. Не нужно быть специалистом в электронике, чтобы понять, насколько качественно и правильно собран этот инвертор. Даже провода от вентиляторов помещены в огнестойкие рукава. Я уже не говоря про несколько предохранителей, защищающих различные линии инвертора, температурные датчики на радиаторах, термоклей, надежно удерживающий штекера в разъемах и защищающий некоторые элементы от случайного соприкосновения во время эксплуатации. Здесь даже есть специальные металлические планки, прижимающие высокотоковые транзисторы к радиаторам. И это всё для того, чтобы исключить любые неприятные ситуации во время эксплуатации инвертора.
Пришло время посмотреть на что реально способен AP CPS1000/12V? В качестве нагрузки используются тэны, мощностью 500 Вт и лабораторную нагрузку, с помощью которой можно оценить реальный потенциал инвертора в различных режимах.
Без нагрузки напряжение на выходе составляет 240 В. При постепенном увеличении нагрузки до 1000 Вт, я был к тому, что напряжение на выходе упадёт до 170 В, как указано в спецификации, однако напряжение упало лишь до 208 В, позволив нормально эксплуатировать нагрузку, например, холодильник, чувствительный к падению напряжения.
В процессе тестирования выявилась ещё одна особенность, которую необходимо учитывать. Если к инвертору сразу подключить киловатт нагрузки, то он уйдёт в защиту. При последовательном подключении нагрузки, AP CPS1000/12V легко вытягивает 980 — 1020 Вт.
Заявленная пиковая мощность, которую выдерживает AP CPS1000/12V равна 2000 Вт. Такую нагрузку инвертор может выдержать в течение нескольких секунд. При длительной нагрузке более 1600 Вт инвертор автоматически выключается. Повторное включение возможно только в ручном режиме. При незначительном превышении нагрузки в диапазоне от 1020 до 1600 Вт инвертор уходит в защиту и автоматически восстанавливается. Здесь нужно отметить тот факт, что несмотря на то, что в спецификации указан нижний диапазон входного напряжения на уровне 10В, если при перегрузе напряжение на аккумуляторе опустится до 11 В, то зуммер, издаваемый во время ухода в защиту, автоматически не отключается и вам придётся отключать его в ручном режиме, повторно запуская инвертор. Кстати, об аккумуляторе. При максимальной нагрузке на выходе, ток на входе инвертора не превышает 80А.
Заключение…
Итак, как вы можете видеть, выбор инвертора ー процесс несложный, хотя и имеет свои особенности и хитрости, о которых я рассказал выше. Если чётко понимать, под какие задачи вы покупаете инвертор, то и проблем с выбором не возникает. Главное, не поддаваться безудержной экономии. Ничего хорошего из этого не выйдет. Здесь очень важно соблюдать правило “золотой середины”. Совершенно необязательно покупать очень дорогое оборудование, но и на низкую цену смотреть не стоит. Помните, использовать инвертор вы будете долго и вам нужно от него только чистое, стабилизированное и надёжное питание в самых разных условиях. В этом смысле инвертор AP CPS1000/12V пока полностью меня устраивает. Он реально очень надёжен, имеет отличный стабилизатор с “чистым” синусом на выходе, отлично держит напряжение на выходе, способен работать в суровых температурных режимах от -20 до +40 °С, поддерживает функцию бесперебойного питания, которая, благодаря применению быстрого реле (порядка 10 мс) позволяет незаметно переключаться из режима питания от общей электрической сети в режим питания от батареи, за зарядку которой отвечаем встроенное, трёхступенчатое зарядное устройство, поддерживающее оптимальный режим зарядки..
Можно ли питать электроинструмент модифицированным синусом?
Под электроинструментом подразумеваются перфораторы, дрели, электропилы и прочие "прибамбасы" использующие щёточные двигателя.
Говорят, что инверторы с мод. синусом вредят электронике. Но электроника, в основном, нежная и хрупкая сейчас. Что же на счёт более грубых электрических приборов? Только чистый синус?
Или модифицированный безопасен для такого рода электроинструмента?
- Начнём с того, что не существует модифицированного синуса. Есть только синус и меандр (в реальной практике для питания).
- То, что говорят — это не от большого ума. Меандр, в силу его свойств плохо проходит через трансформаторы (т.е. повышенные потери). При питании современного электронного оборудования используются высокоэффективные импульсные блоки питания. Чем резче фронт, тем легче им стартовать из-за использования на входе по сути блокинг-генераторов. Например, компьютеры, мониторы, зарядки мобильных телефонов, телевизоры. Я ещё ни разу не слышал, чтобы ИБП убил комп.
- Надо понимать, что электродвигатели бывают разных типов. В асинхронных никаких щёток нет. И если в асинхронном двигателе есть фазосдвигающая цепочка, то такой двигатель при меандре стартует даже легче.
- Если речь идёт про щёточный двигатель, то надо понимать, что магнитное поле запасённое в двигателе будет препятствовать изменению знака поля, как при возбуждении (замыкании щёточного контакта), так и при спаде (разрыв щёточного контакта). При замыкании — дикий ток, а значит нагрев, при разрыве — дикое напряжение, а значит искры/дуга. Но мощность инструмента несколько вырастет из-за прямоугольной формы питания вместо синусоидной.
С энергетической точки зрения меандр выгодней. С точки зрения преобразования при трансформаторной схеме блока питания — бесполезные потери. При щёточном двигателе — мощь растёт, износ тоже. Для электроники — особой разницы нет, импульсный блок питания постарается вытащить из питания всё, что сможет.
Может ли модифицированный синусоидальный инвертор повредить электронику?
Модифицированный синусоидальный инвертор цены против потенциального ущерба
Если вы любите отдыхать в лагере, то использование инвертора синусоидальной формы для вашего туриста весьма полезно, так что вы можете управлять своей электроникой, находясь в дикой природе. Модифицированные синусоидальные инверторы можно найти по отличной цене, но всегда есть вероятность повреждения ваших электронных устройств – что делает необходимым узнать как можно больше перед покупкой.
При использовании модифицированного синусоидального инвертора необходимо учитывать только два типа электроники: приборы, в которых используются электродвигатели переменного тока, и некоторые виды деликатного медицинского оборудования.
Если ваша электроника не попадает ни в одну из этих двух категорий, то крайне маловероятно, что модифицированный синусоидальный инвертор нанесет какой-либо ущерб. Хотя чистый синусоидальный инвертор безопасен для использования с более широким спектром устройств, более высокая стоимость, связанная с чистыми синусоидальными инверторами, не всегда стоит того.
Как работают модифицированные синусоидальные инверторы и чистые синусоидальные инверторы
Как чистые, так и модифицированные синусоидальные инверторы получают напряжение 12 В постоянного тока от батареи и превращают его во что-то, что приблизительно соответствует мощности переменного тока, обычно доступной от настенных розеток в вашем доме или офисе. AC обозначает переменный ток, который относится к тому факту, что мощность переменного тока периодически меняет направление. Это можно представить как синусоидальную волну, которая плавно поднимается и опускается и мгновенно меняет полярность, когда она достигает нуля вольт.
В чистых синусоидальных инверторах мощность переменного тока, создаваемая инвертором, очень близко соответствует реальной синусоиде. В модифицированных синусоидальных инверторах полярность резко меняется с положительной на отрицательную. Простейшие инверторы создают прямоугольную волну, где полярность переворачивается взад-вперед, в то время как другие модифицированные инверторы синусоидальной волны создают серию шагов, которые более близко приближаются к реальной синусоиде.
Поскольку создание модифицированной синусоидальной волны является гораздо более простым процессом, чем создание чистой синусоидальной волны, модифицированные инверторы синусоидальной волны обычно намного дешевле. Компромисс состоит в том, что некоторые электронные устройства просто не работают правильно или могут даже быть повреждены, если они не питаются от чистой синусоидальной волны.
Устройства, которые могут быть повреждены модифицированным синусоидальным инвертором
Хотя вы, вероятно, хорошо используете недорогой модифицированный инвертор синусоидальной волны в своем автофургоне, есть несколько разных вещей, которые вы не хотите запускать с модифицированной синусоидальной волной. Все, что использует двигатель переменного тока, не будет работать на полную мощность на модифицированной синусоиде. Такие приборы, как холодильники, микроволновые печи и компрессоры, в которых используются двигатели переменного тока, не будут работать на модифицированной синусоидальной волне так же эффективно, как на чистой синусоидальной.
В некоторых случаях работа двигателя переменного тока на измененной синусоидальной волне может привести к накоплению избыточного отработанного тепла, которое может повредить оборудование. Вы, вероятно, можете использовать эти устройства с модифицированным синусоидальным инвертором, но вы делаете это на свой страх и риск.
Еще одна важная вещь, которую следует учитывать при использовании модифицированных синусоидальных инверторов, – это тонкое медицинское оборудование. Например, если вы используете CPAP для коррекции апноэ, когда вы спите, вам будет лучше с чистым синусоидальным инвертором. Некоторые производители CPAP предупреждают, что вы можете повредить вашу машину с помощью модифицированного синусоидального инвертора, а другие указывают, что CPAP будет работать, но блок увлажнителя может быть поврежден.
Другие виды медицинского оборудования, такие как кислородные концентраторы, также нуждаются в чистой синусоиде. В таких случаях вам лучше использовать чистую синусоидальную волну или искать устройство, которое может работать от постоянного тока без необходимости использования инвертора вообще, если он доступен.
Некоторые устройства страдают от нежелательных помех от модифицированного синусоидального инвертора. Вы можете включить радио с помощью модифицированного инвертора синусоидальной волны, но оно может воспринимать помехи от модифицированной синусоидальной волны, что может затруднить прослушивание.
Другие устройства, которые могут не работать с модифицированным синусоидальным инвертором
Некоторые другие электронные устройства, которые могут работать или не работать правильно без синусоидальной волны, включают в себя:
- Устройства, использующие тиристоры, такие как лазерные принтеры и копировальные аппараты
- Устройства, которые используют кремниевые выпрямители
- Освещение, которое использует электронные балласты, как и многие флуоресцентные лампы
Устройства, которые обычно работают нормально с модифицированным синусоидальным инвертором
Список электроники, которая обычно отлично работает с измененной синусоидальной волной, слишком длинен, чтобы попасть сюда. Достаточно сказать, что если он не использует двигатель переменного тока, не является тонким медицинским оборудованием и не вписывается ни в один из других сценариев запрета, вы, вероятно, будете в курсе событий. ,
Если устройство, которое вы хотите включить, использует выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный, крайне маловероятно, что у вас возникнут какие-либо проблемы.Это означает, что ваш ноутбук, вероятно, будет в порядке, хотя некоторые производители утверждают, что отсутствие чистого синусоидального инвертора сократит срок службы блока питания ноутбука.
Если устройство, которое вы хотите включить, в первую очередь работает на постоянном токе, например ноутбук, вам лучше искать способ пропустить переход с постоянного тока на переменный и обратно на постоянный. Если это кажется сложным, возможно, вам будет проще думать об этом с точки зрения вашего мобильного телефона.
Когда вы заряжаете свой телефон в автомобиле, вы не подключаете инвертор и не подключаете зарядное устройство. Вы подключаетесь непосредственно к гнезду прикуривателя вашего автомобиля, что одновременно проще и эффективнее. Таким же образом можно подключить ноутбуки и многие другие устройства напрямую к источнику постоянного тока с помощью подходящего адаптера.
Чистая синусоида vs ее ступенчатая аппроксимация
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.
Какой бывает синусоида
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.
Нагревательное электрооборудование
Оборудование, которое представляет собой активную нагрузку и не имеет в составе каких-либо регулирующих электронных устройств (диммеров), конденсаторов, индуктивностей, абсолютно не восприимчиво к форме питающего напряжения. Например, лампы накаливания, утюги, паяльники и другие нагревательные приборы. Но, к сожалению, такое оборудование всегда в меньшинстве.
Люминесцентные, светодиодные лампы и светильники
В конструкции таких ламп всегда присутствует устройство (драйвер), преобразующее напряжение 220–230 В в необходимое для питания светоизлучающих компонентов. Естественно, рядовой пользователь не знает принцип работы драйвера конкретной лампы или светильника и не может предположить, как они поведут себя при питании не синусоидальным напряжением, ведь они не рассчитаны на такие условия.
Проведем эксперимент, для статистики возьмем несколько ламп и светильников различных моделей и сравним их потребляемую мощность и другие параметры при подключении к обычной розетке и к устройству с «прямоугольной аппроксимацией синусоиды». Таким устройством будет источник бесперебойного питания фирмы APC с полной мощностью 500 В*А.
По результатам тестов заметно, что электрические характеристики ламп изменяются при питании квазисинусом. В большинстве случаев изменяются они в худшую сторону — увеличивается ток потребления и уменьшается коэффициент мощности. Критический случай, если в светодиодной лампе в качестве токоограничивающего элемента установлен конденсатор. При питании такой лампы квазисинусом со значительным уровнем гармоник потребляемая мощность может увеличиваться в разы, значит, и ток через светодиоды возрастает. Это можно наблюдать и визуально по изменению яркости свечения. Конечно, лампа в таком режиме прослужит недолго. Что интересно, при подключении такой лампы к автомобильному инвертору (12/230 В) подобного увеличения мощности не наблюдалось. Это связано с тем, что используемый для тестов инвертор выдавал разнополярные импульсы с меньшим уровнем гармоник, чем источник бесперебойного питания (рис. 2).
Напрашивается вывод: подключение светодиодных и люминесцентных ламп к источнику с прямоугольной апроксимацией синусоиды — это своего рода лотерея. Нет гарантии продолжительной работы ламп, и срок их службы будет зависеть от применяемого драйвера и конкретных параметров квазисинуса.
Устройства с трансформаторными источниками питания
Следующая группа электрооборудования — устройства, имеющие в своем составе трансформаторы. Для проведения тестов были выбраны два устройства — отечественный трансформатор ТС-40-2 и сетевой трансформаторный адаптер с выходным стабилизированным напряжением. Результаты тестов в таблице.
Схема классического трансформаторного источника питания
В тестировании трансформаторных источников питания помимо источника бесперебойного питания использовался инверторный преобразователь, который тоже имеет на выходе квазисинусоиду, но их параметры немного отличаются, о чем было сказано выше.
По результатам экспериментов можно наблюдать, что трансформаторные источники питания при питании их квазисинусом ведут себя вполне приемлемо и даже хорошо. Первое, что можно отметить это уменьшение тока холостого хода. И, как оказалось, чем больше уровни гармоник в питающем напряжении, тем этот ток меньше. Это связано с тем, что трансформатор в большей степени представляет собой индуктивную нагрузку, а реактивное сопротивление индуктивности с ростом частоты возрастает.
Из отрицательных моментов можно выделить следующее. Даже если у источника со ступенчатой аппроксимацией синусоиды среднеквадратичное напряжение будет составлять 230 В, но амплитуда импульсов будет завышена, то и на выходе выпрямителя мы получим завышенное напряжение. Это связано с тем, что фильтрующий конденсатор С (рис. 3) стремится зарядиться до амплитудного значения выпрямленного напряжения. Так, в указанной выше схеме при смене питающего синусоидального напряжения на квазисинусоиду напряжение на выходе повышалось с 16 до 19 В, что, естественно, повышало общую потребляемую мощность. Данный эффект наблюдался при питании этой схемы от источника бесперебойного питания, у которого при среднеквадратическом значении напряжения в 230 В амплитуда импульсов достигает 350 В.
Однако при питании данной схемы от автомобильного инвертора с амплитудой импульсов около 300 В наблюдалось даже некоторое уменьшение выходного напряжения. При этом среднеквадратичное значение напряжения инвертора также составляло 230 В.
Резюмируя, можно сказать, что, кроме возможного повышения напряжения во вторичных цепях трансформаторных источников питания, других негативных последствий для трансформаторов от квазисинусоиды не выявлено. Превышение же напряжения может в некоторой степени увеличить нагрев источника питания в целом, а будет это превышение или нет зависит от модели используемого ИБП или отдельного инвертора.
Необходимо отметить, что при питании трансформатора ступенчатой аппроксимацией синусоиды прослушивается характерный «звонкий» гул от трансформатора. «Звонкость» звука как раз и говорит о том, что в питающем напряжении есть составляющие с более высокими частотами, чем 50 Гц. Кроме возможных неприятных слуховых ощущений для человека этот звук не несет никаких негативных последствий для трансформатора.
В следующей части статьи будет рассмотрено поведение другого электрооборудования при питании его напряжением с формой, отличной от синусоидальной.
Устройства, имеющие электродвигатели
Какие устройства с двигателями потенциально могут подключаться к системам питания с квазисинусом? В первую очередь электроинструменти вспомогательное электрооборудование — дрели, перфораторы, бетоносмесители, болгарки, шлифмашинки, погружные насосы и прочее подобное. В таких устройствах применяются коллекторные или асинхронные двигатели. В некоторых электроинструментах имеется встроенный регулятор мощности. Вряд ли данное оборудование будет запитываться от источника бесперебойного питания. В большинстве случаев для его автономного питания будет использован бензогенератор или мощный инвертор 12/220 В, например, в гараже, в котором нет электросети.
Сравним работу электроинструмента от розетки и от инверторного бензогенератора с квазисинусом. Параметры снимались при работе оборудования на холостом ходу, кроме насоса. Дополнительно проверялась работа под нагрузкой с целью оценить изменение мощности на валу.
По результатам данных тестов можно отметить неудовлетворительную работу электроинструмента и оборудования, имеющего в составе регулятор мощности. Это связано с тем, что большинство регуляторов мощности для переменного напряжения построены на симисторах или тиристорах, такие регуляторы часто называют диммерами. Так вот, диммеры могут правильно работать исключительно с синусоидальным напряжением. Так получилось не специально, просто, когда их придумывали, в исходных данных технического задания было написано, что напряжение будет синусоидальным.
В работе оборудования, не имеющего регулятора мощности, каких-либо значимых отрицательных изменений не отмечалось. При работе асинхронных двигателей от квазисинуса прослушивался характерный «звонкий» шум сердечника и обмоток частотой выше 50 Гц. Перегрева также не наблюдалось. При работе коллекторных двигателей из-за их шума оценить изменение звука не представлялось возможным.
Системы отопления
Часто возникает вопрос о возможности использования недорогих компьютерных источников бесперебойного питания (ИБП) с квазисинусом для резервного питания электрического оборудования в системах отопления — циркуляционных насосов, энергозависимых газовых котлов. В газовом котле с закрытой камерой сгорания кроме циркуляционного насоса установлен вентилятор принудительной тяги или, как его еще называют, вентилятор отвода продуктов горения. Проведем несколько тестов в этом направлении.
Как выяснилось, квазисинус не оказывает заметного негативного влияния на работу циркуляционного насоса. По крайней мере, непродолжительная работа от ИБП на время отключения основного электропитания уж точно ему не навредит. Единственный минус — это неприятные звуки, которые издает насос при питании квазисинусом.
Хуже дело обстоит с вентилятором принудительной тяги. При питании квазисинусом от ИБП вентилятор заметно снижал обороты и потребляемую мощность. А ведь в большинстве настенных газовых котлов установлены именно такие вентиляторы — асинхронные с одной обмоткой. Очевидно, что снижение производительности данного вентилятора негативно повлияет на процесс отвода продуктов горения, а значит на работу котла в целом.
Кроме того, в некоторых котлах применяется автоматическая регулировка оборотов данного вентилятора с целью оптимизации производительности котла. Так вот, регулировка эта также выполнена по принципу диммирования. А диммеры «плохо относятся» к квазисинусу, значит, поведение такого вентилятора может быть непредсказуемым.
Таким образом, если котел с закрытой камерой и имеет вентилятор принудительной тяги, то питание его квазисинусом настоятельно не рекомендуется.
В остальных случаях все не так страшно, но, не зная конструкции того или иного котла лучше не рисковать и не использовать ИБП с квазисинусом для его питания. Газовый котел — это серьезное оборудование, которое изначально рассчитано на питание синусоидальным напряжением.
Устройства с импульсными источниками питания
Как уже было сказано, недорогие ИБПв большинстве случаев выдают ступенчатую аппроксимацию синусоиды. И для временного резервного питания компьютеров это считается нормой. Посмотрим, как изменяются входные параметры импульсного блока питания компьютера при переходе на питание «аппроксимацией синусоиды». Блоки питания без корректора коэффициента мощности. Тестирование проводилось в режиме бездействия системы и при запуске стресс-теста, чтобы увеличить потребляемую мощность. Мониторы также не были забыты. Результаты ниже.
Что интересно, у некоторых устройств при питании квазисинусом электрические параметры даже улучшались. Например, в системном блоке № 1 потребляемая мощность не изменялась, но значительно увеличился коэффициент мощности, из-за чего уменьшился средний потребляемый ток. У системного блока с БП от Zalman данный эффект тоже имеется, но не так выражен.
Однозначно можно сделать вывод о совместимости блоков питания системников с квазисинусом.
Однако есть одно жирное «НО». В последнее время все большее количество моделей БП оснащаются корректором коэффициента мощности (PFC). Данные устройства призваны поддерживать коэффициент мощности как можно ближе к единице при питании от сети с синусоидальным напряжением, дабы не перегружать сеть большими пиковыми токами. Поэтому по определению БП с PFC корректно работают только с синусоидальным напряжением, но это не значит, что, если ИБП выдает аппроксимацию синуса, то любой БП с PFC работать с ним не сможет. На самом деле схемотехнические решения PFC могут быть разные и некоторые модели могут быть не восприимчивы к квазисинусу — это дело случая. Необходимо отметить, что квазисинус далеко не основная вероятная причина несовместимости ИБП и PFC. Но это уже совсем другая история.
А что с мониторами? У одного из тестируемых при питании квазисинусом энергетические параметры ухудшились, но незначительно. Блок питания ноутбука каких-либо проблем не показал. Так что данные устройства можно запитывать квазисинусом.
Подводя итоги всей публикации, можно сказать, что использование напряжения квазисинусоидальной формы для питания различного электрооборудования — это лотерея, даже для блоков питания компьютеров. Ведь любое оборудование на напряжение 220–230 В переменного тока разрабатывалось с условием, что форма этого напряжения будет синусоидальной. Всякие «аппроксимации» — это всего лишь допущения, которые возможны с той или иной степенью вероятности. Поэтому, если строится универсальная система резервного электропитания, форма и параметры ее напряжения должны быть идентичны параметрам промышленной электросети. В общем, квазисинус — это плохо.