Полезная информация

Инверторы : что выбрать ?

Часть 1. Введение

Инверторы, это электронные устройства, преобразующие постоянное низкое напряжение от аккумуляторов в переменное напряжение 220 В. В аккумуляторы энергия закачивается заранее, или тем же инвертором от сети, или, например, с помощью бортовой сети автомобиля.

Инвертор это сердце автономной или резервной системы электроснабжения. Именно поэтому при подборе системы автономной или резервной системы электроснабжения так важно уделить выбору инвертора особое внимание.

Цена и возможности инверторов могут сильно отличаться, хотя выходная мощность будет одинаковой.

Существуют несколько основных вариантов применения инверторов.

1). Инверторы применяют для обеспечения бесперебойного электропитания, при пропадании в сети 220 В. Обычно такая система из инвертора и аккумуляторов ставится в загородном доме, или на ответственных промышленных объёктах.

2). Тоже самое, но ещё и с возможностью приоритетного использования энергии солнца (и/или ветра) вместо энергии от сети. Это может заметно сократить счёта за электричество, но и первоначальные вложения в систему относительно большие.

3). При проживании в полной автономии от промышленных электросетей.

4). Для походных условий, например, для длительных путешествий в автомобиле, фургоне, автобусе, яхте.

Инверторы выпускаются самые разные –

с модифицированным синусом и с чистым синусом;

сделанные по высокочастотной или по низкочастотной технологии;

с возможностью заряда аккумуляторов и без встроенного зарядного устройства;

подключаемые к аккумуляторам напряжением 12 или 24 или 48 В;

с богатыми функциональными возможностями и без таковых.

А среди низкочастотных, выпускаются инверторы на обычных трансформаторах и продвинутые модели на трансформаторах, выполненных в форме бублика, а точнее сказать в форме тора.

Некоторые инверторы встречаются со встроенной функцией стабилизатора напряжения, в других бывают установлены солнечные контроллеры.

Кроме того, бывают инверторы сетевые и гибридные. Самые высококлассные модели инверторов имеют программное обеспечение позволяющее видеть графики всех событий на экране компьютера, а так же отправлять СМС по событиям или запросу.

Мы коротко рассмотрим все эти варианты конструкций инверторов. И даже заглянем некоторым во внутрь.

Модифицированный синус и чистый синус

Для начала, давайте посмотрим на разницу в форме выходного переменного напряжения 220 В у инверторов с модифицированным синусом и у инверторов с чистым синусом.

Вот эти прямоугольники – модифицированный синус, а эта гладкая кривая – чистый синус.

В промышленной сети, мы увидим тоже относительно гладкий чистый синус.

Посмотрите вот такой кривоватый синус в сети нашего здания.

От модифицированного синуса, некоторые приборы (двигатели, насосы, светодиодные лампы, холодильники и СВЧ-печи) будут работать менее эффективно, т.е. эти приборы будут больше греться, сильнее гудеть и работать с меньшей мощностью. Бывают даже устройства, которые не смогут работать от модифицированного синуса, например отопительные котлы.

Почему же до сих пор выпускают инверторы с модифицированным синусом? Потому что они значительно дешевле инверторов с чистым синусом, и есть нагрузки, которым не важна форма питающего напряжения 220 В. Это, прежде всего, электроинструмент, компьютеры и другое оборудование.

Но сегодня вряд ли кто будет покупать инвертор в расчете только на определённую нагрузку.

Ведь если его установить в доме и применять при аварии в электросетях или для приоритетного использования солнечной энергии, то ограничивать своё потребление, думать как будет работать тот или иной электроприбор от модифицированного синуса, это как-то не соответствует жизни в 21 веке… Только чистый синус обеспечит работу 100% устройств.

Как говорится – «Чистота, - залог здоровья»… и не только физического.

Наш совет – используйте инверторы с чистым синусом.

Часть 2. Высокочастотные и низкочастотные инверторы

Высокочастотные инверторы

Бывают маломощные инверторы для мало потребляющих устройств, таких как ноутбук, маленький пылесос, дрель небольшой мощности и другие.

 

Такие устройства обычно называют автомобильные инверторы. Они сделаны по высокочастотной технологии.

Преимущество высокочастотных инверторов – это малый размер и вес (обычно от 1 до 5 килограммов), и соответственно, цена.

Преобразование напряжения от аккумуляторов они производят на высокой частоте (обычно 20000 - 30000 Гц), поэтому требуется маленький трансформатор, маленькие конденсаторы.

Но, как говорится, «у каждой медали, есть и оборотная сторона». Высокочастотные инверторы больше «фонят», излучают больше электромагнитных помех. У них редко встречается встроенное зарядное устройство, потому что в сети низкая частота, а низкочастотного трансформатора в них нет. В некоторых таких инверторах можно встретить зарядное устройство, однако его мощность обычно мала.

Высокочастотные инверторы становятся ненадёжны, при больших мощностях нагрузки. Их стандартный модельный ряд находится в диапазоне мощностей 100 – 1500 Вт.

Вот этот инвертор, хорошо иллюстрирует вышесказанное. Чтобы получить мощность всего лишь 4,5 кВт, его разработчики соединили 3 инвертора в 1, просто запараллелив их входы и выходы.

С дрелью мощностью 300 Вт, большинство моделей таких высокочастотных инверторов ещё могут работать, а например, с холодильником смогут справиться уже только старшие модели.

Здесь мы сделаем небольшое отступление и поясним, почему к примеру, холодильник может запустить относительно мощный инвертор, хотя холодильник потребляет всего 150 Вт.

Важно! Что такое пусковая мощность

Существует понятие пусковой мощности. Для некоторых электроприборов, пусковая мощность не отличается от номинальной рабочей мощности. Таковы, например, электрообогреватели. При их включении броска тока мы не видим, они сразу начинают потреблять ровно столько, сколько и написано на их шильдике.

Есть устройства, у которых пусковая мощность не очень сильно превышает рабочую, это например электроинструмент.

Ну и есть такие, у которых пуск в разы превышает рабочую мощность. Это холодильники (превышение в 10 раз), кондиционеры, глубинные насосы, асинхронные двигатели, компрессоры, СВЧ-печи и др.

Сейчас, для наглядности, мы покажем мощность потребляемую холодильником в процессе работы измеренную специальными клещами.

Посмотрите – при работе он потребляет всего 0,1 кВт.

Теперь мы отключим холодильник от сети и заново подключим. Эти измерительные клещи имеют функцию запоминания максимального значения мощности. Посмотрите - 1,15 кВт, Т.е. превышение более чем в 10 раз.

Поэтому для пуска холодильника необходим инвертор способный хотя бы кратковременно выдать 1,2 – 1,5 кВт, а для скважинного насоса – способный кратковременно обеспечить до 7 кВт!!!

Но вернёмся к разговору о высокочастотных инверторах.

Сейчас выпускаются и более мощные высокочастотные инверторы, мощностью до 4 кВт.

Например, вот этот, что на фото выше инвертор, позиционируется уже не как автомобильный, причём завозят и продают его в России под совершенно разными названиями Expert, Stark, Combi, Аxpert, PIP. Он, хотя и высокочастотный, но предназначен, для резервирования электропитания в доме. Давайте посмотрим, что у него внутри.

Как видно трансформатор небольшой. Этот инвертор сделан не на трёх запаралленных инверторах меньшей мощности, как показанный ранее. Всё устройство лёгкое, и относительно не так уж дорого. Однако, если его использовать на мощностях близких к его максимуму (а самая мощная старшая его модификация имеет мощность всего лишь 4 кВт), его надёжность в целом будет меньше чем у низкочастотных инверторов. А запараллеливание таких инверторов удваивает цену.

К сожалению, КПД этого устройства, как впрочем, и у большинства высокочастотных инверторов, низкое - всего 85%.

Надо отдать должное разработчикам этого инвертора. Хоть он и высокочастотный, зарядное устройство у него относительно мощное. К тому же, они постарались установить в него и солнечный контроллер. Впрочем, об этом позже.

Низкочастотные инверторы

Расскажем о плюсах и минусах низкочастотных инверторов. Забегая вперёд, сразу отметим, что они во многом противоположны высокочастотным инверторам.

В низкочастотных инверторах используется, разумеется, низкая частота преобразования энергии от аккумуляторов, а именно частота 50 Гц. Эта частота соответствует частоте промышленной сети, в которой тоже 50 Гц. На такой частоте работают относительно большие и тяжёлые трансформаторы. Подобный трансформатор как бы является промежуточным буфером между электроникой инвертора и нагрузкой, что увеличивает надёжность устройства.

Инвертор TrippLite APSX6048VR 6 кВт внутри (вид сбоку, стандартный трансформатор справа):

Инвертор МАП HYBRID 4,5 кВт внутри (вид сверху, трансформатор тор слева):

Легко заметить огромные трансформаторы, занимающие почти половину корпуса приборов.

Плюсы данного решения очевидны – возможность построения надёжных мощных систем (даже на десятки тысяч ватт) и наличие по умолчанию мощного быстрого заряда аккумуляторов от сети. Ведь в сети 50 Гц, а значит, энергию от сети можно напрямую подать на тот же самый мощный трансформатор, который электроника заставит работать в обратную сторону.

У низкочастотных инверторов есть недостатки. Это размер, вес и, как следствие, цена.

На следующем рисунке показаны некоторые низкочастотные и высокочастотные инверторы с указанием их мощности и веса.

А вот этот инвертор даже поднять одному уже затруднительно. При номинальной мощности 12 кВт (макс. мощн. 18 кВт) он имеет и рекордный вес 56 кг.

Понятно, что большой вес (обычно от 12 до 56 кг, что в среднем, в 5 - 8 раз больше за единицу мощности, чем у высокочастотных инверторов) образуется не за счёт того, что инвертор набили камнями.

Это дорогая медь в трансформаторах и алюминий в больших радиаторах. Отсюда вытекает и цена.

И если бы высокочастотные инверторы могли бы сравниться по параметрам и надёжности с низкочастотными, то последние просто давно бы «вымерли как мамонты».

Наш совет.
1. Если суммарные мощности потребления будут до 1000 Вт (очень важно учесть и пусковые токи подключаемых электроустройств) и мощного заряда не нужно, покупайте высокочастотные инверторы. Наиболее характерный пример – инвертор для автомобиля.
2. Если суммарное потребление всех электроприборов , с учётом пусковых мощностей более 3000 Вт, лучше остановить свой выбор на инверторе сделанном по низкочастотной технологии. Характерный пример – инвертор для загородного дома или предприятия.
3. Если нагрузки находятся в промежуточной зоне, т.е. между 1000 и 3000 Вт, то выбор больше зависит от предпочтении покупателя и конкретных условий эксплуатации. Например, важна низкая стоимость или же необходима высокая надёжность, отдаётся предпочтение малому весу, или нужно пониженное излучение помех, необходимость наличия зарядного устройства или оно не нужно. В зависимости от всей совокупности факторов и необходимо принимать решение.

Часть 3. Низкочастотные инверторы с обычным трансформатором и с трансформатором в виде тора

Посмотрите ещё раз на обычный низкочастотный трансформатор в инверторе с номинальной мощностью 6 кВт (справа), и на инвертор аналогичной мощности, но на трансформаторе в виде тора (слева).

Заметно, что тор немного меньше по размерам. Это потому что тор имеет большее КПД.

Кроме того, тор даёт меньше наводок, т.к. всё электромагнитное поле концентрируется вокруг этого «бублика». Обычный же трансформатор излучает помехи перпендикулярно обмоткам.

Трансформатор в виде тора имеет меньшее потребление энергии на холостом ходу.

Сравним эти параметры у двух показанных инверторов.

У американского инвертора TrippLite 6 кВт с обычным трансформатором потребление энергии на холостом ходу 72 Вт, а у российского инвертора МАП SIN аналогичной мощности с трансформатором в виде тора - 20 Вт. КПД первого 89%, КПД второго 96%. Вес TrippLite 55 кг, а МАП SIN 41 кг.

Единственный недостаток торообразного трансформатора – большая цена, т.к. в изготовлении он заметно сложнее.

Однако, самые именитые и дорогие мировые бренды, из-за непревзойдённых параметров торов, используют в своих инверторах только низкочастотные трансформаторы в виде тора.

Тор в инверторе Xtender XTH 6000-48 (мощность 5 кВт, потребление на ХХ 22 Вт, КПД 96%, вес 42 кг, цена около 6000 долл)

Наш совет.
Если имеется достаточно средств, то лучше предпочесть низкочастотный инвертор с трансформатором в виде тора.

Часть 4. Выбор напряжения инвертора по аккумуляторному входу – на чём остановиться? На 12-и вольтовой системе, или на 24-х или 48-и вольтовой?

Аккумуляторы бывают разные и на разное напряжение. Например на 2 В, или 6 В или 12 В. И соединять их можно последовательно и параллельно, увеличивая их общее напряжение.

Обычно выпускаются инверторы рассчитанные на 12 В или на 24 В или на 48 В. Очень редко можно встретить модели на 96 В, т.к. такое напряжение уже считается опасным.

12 В можно встретить в бортовой сети автомобиля, 24 В - в автобусах и на яхтах.

Конечно, любое из этих напряжений может использоваться с инвертором, для бесперебойного питания части электрооборудования дома, или всего дома.

Однако низкое напряжение не позволяет технически получить большую мощность. Так, например, из 12-и вольт невозможно получить мощность более 3-х кВт, из 24 –х вольт – более 9 кВт, а из 48-и В – более 18 кВт.

Понятно, что высокочастотные инверторы обычно делаются на 12 В и мощностью до 3-х кВт (и рассчитаны они на применение в автомобилях), а мощные низкочастотные инверторы обычно представлены моделями на 24 или 48 В с мощностью от 3 кВт и выше (и рассчитаны они на применение в доме или здании).

Это в среднем. Но бывают и исключения, когда например, высокочастотные инверторы, прежде всего за счёт своей низкой цены, пытаются занять свою нишу в домашнем сегменте. Например, вот этот с номинальной мощностью 4 кВт и рассчитанный на напряжение аккумуляторов 48 В.

Или, например, вот этот инвертор,

сделанный по низкочастотной технологии с тором мощностью всего 900 Вт, имеющий относительно большой вес и цену, пытается занять нишу в сегменте высокочастотных инверторов за счёт таких своих качеств, как надёжность, мощные зарядные возможности и широкий функционал.

Наш совет.
Если инвертор нужен для автомобиля или для походных условий, или в доме, но планируемая нагрузка очень мала (допустим только резервирование отопительного котла, или общая средняя мощность не превышает 2 кВт) – выбирайте инверторы с входным напряжением 12 В. Во всех остальных случаях, при средней нагрузке до 4-5 кВт лучше использовать как инвертор на 24 В, так и инвертор на 48 В. При нагрузке 5 кВт и выше – лучше ориентироваться на инверторы 48 В.

Часть 5. Поговорим немного о инверторах со встроенной функцией стабилизатора и о инверторах со встроенным солнечным контроллером

О встроенной функции стабилизатора

Что такое стабилизатор напряжения? Обычно это отдельное устройство, позволяющее в широком диапазоне, и с хорошей точностью, выравнивать напряжение промышленной сети, если оно очень низкое или высокое.

Например, качественный стабилизатор, позволяет поднять до 220 В сетевое напряжение, даже если в сети всего 120 В. Или наоборот, понизить сетевое напряжение, допустим с 270 В, до тех же 220 В. Качественные стабилизаторы выполнены на долговечных и быстродействующих симисторах, имеют минимум 8 переключающихся порогов.

Ну а теперь посмотрите на характеристики встроенной в инвертор функции стабилизатора. Обычно это только 2 или 3 порога, используются не симисторы, а реле. В итоге, малая долговечность и узкий диапазон выравнивая сетевого напряжения.

И есть ещё одна неприятная особенность у инверторов со встроенным стабилизатором. Они мало подходят для использования в условиях автономии, то есть там, где нет сети вообще. Ведь даже имея хорошее встроенное зарядное устройство, они не могут заряжать аккумуляторы от большинства обычных бензо/дизель генераторов.

Почему? Потому, что именно из-за встроенного стабилизатора, они требуют очень качественного и устойчивого напряжения на своём сетевом входе. Т.е. генератор должен быть дорогим и с большим запасом мощности (а такой стоит в несколько раз дороже обычных генераторов).

Посмотрите на этого эквилибриста - ему трудно устоять на месте. Нужны изрядные тренировки и ловкость, чтобы удерживаться какое-то время на двух подвижных опорах.

Почему же встроенный в инверторе стабилизатор так повышает его требования к качеству и мощности бензо/дизель или газо генератора?

Посудите сами. Генератор при увеличении нагрузки, чтобы удержать напряжение в районе 220 В, автоматически прибавляет обороты. При снижении нагрузки – снижает обороты по той же причине. Теперь рассмотрим цепочку генератор – стабилизатор – инвертор - меняющаяся нагрузка. Допустим, что-то включили, например электрочайник мощностью 2 кВт.

Нагрузка подастся на 220 В, проходящее через стабилизатор, от работающего генератора. Напряжение в первую долю секунды начнёт проваливаться. Как Вы думаете - кто среагирует первым стабилизатор или генератор? Правильно, стабилизатор, так как генератор более инерционен, обороты мгновенно не поднимешь.

Итак, стабилизатор переключится на повышающую обмотку, чтобы компенсировать провал. Но затем этот провал всё же доходит и до генератора. Генератор со своей стороны тоже повысит напряжение. На это повышение снова среагирует стабилизатор и понизит порог, на стабилизатор опять среагирует генератор и т.д.

Возникнет колебательный процесс, который может пойти в разнос. И тогда одно из двух - система будет аварийно отключаться, или, этот колебательный процесс быстро затухнет и всё войдёт в норму. Так вот всё почти мгновенно «устаканивается», в том случае, если генератор качественный и имеет большой запас мощности. Тогда он на чайник 2 кВт будет реагировать как на «муху залетевшую в окно», потому что тогда чайник не сможет раскачать его обороты. Но стоят такие генераторы слишком дорого.

О встроенном солнечном контроллере

Теперь посмотрим насколько правильно встраивать солнечный контроллер внутрь инвертора.

Вообще, солнечный контроллер необходим чтобы можно было солнечные панели (некоторые называют их солнечными батареями) подключить к аккумуляторам, к тем самым, к которым подключён инвертор. Солнечный контроллер преобразует энергию от высокого напряжения солнечных панелей в более низкое напряжение аккумуляторов.

Таких инверторов со встроенным солнечным контроллером не много. Но у такого решения есть плюсы - ведь цена такого решения несколько ниже и, кроме того, проводов подключения будет чуть меньше.

Теперь посмотрим на минусы такого решения. Высококачественные и мощные солнечные контроллеры (имеющие КПД 98%, высокое входное напряжение и управление внешними нагрузками) довольно большие и внутрь инвертора их не вставишь. Посмотрите на разобранный солнечный контроллер КЭС Dominator 200/100.

Поэтому встроенные инверторы, как и встроенные стабилизаторы, несколько урезаны по своим возможностям.

Сравните на фото инвертор со встроенным солнечным контроллером (слева) и два нормальных отдельных солнечных контроллера. Отдельный контроллер по размеру это почти половина инвертора.

Разница в функционале и параметрах у них тоже заметна (подробно, параметры и возможности солнечных контроллеров разбираются в статье здесь).

Другой минус - в случае порчи солнечного контроллера, придётся отдавать в ремонт всё устройство, т.е. лишаться и инвертора. Равно как и в случае порчи инвертора, лишаться и контроллера.

В общем, самые дорогие и качественные брендовые инверторы никогда не содержат в себе ни стабилизаторов, ни солнечных контроллеров. Поэтому, само их наличие в инверторе, говорит о уровне изделия. Говорит о том, что ради рекламы присутствия эфемерных преимуществ или вроде бы как бы более низкой цены (по сумме якобы двух продуктов в одном), производитель готов идти на некий компромисс с реальной целесообразностью. Особенно это касается встроенного стабилизатора.

Наш совет.
Приобретать инверторы с встроенным стабилизатором или со встроенным солнечным контроллером, можно при стеснении в средствах, и при условии их использования не в полной автономии, а как резервной системы.

Часть 6. Сетевые инверторы (по другому грид (grid-tie) инверотры) в сравнении с гибридными инверторами (HYBRID)

Сетевой инвертор

Сетевой инвертор - это одновременно и инвертор и солнечный контроллер с технологией МРРТ.

Но у сетевого инвертора совсем другая идеология, нежели чем у рассмотренного нами выше обычного, подключаемого к аккумуляторным батареям, высокочастотного инвертора со встроенным солнечным контроллером. Он отличается принципиально. Эта идеология имеет свои истоки от других условий стран Евро-зоны, США и др.

Вот так выглядит, например, сетевой инвертор мощностью 500 Вт. На первый взгляд ничего необычного. Только удивляет отсутствие клемм для подключения аккумуляторов.

Идеология сетевого инвертора – энергию, полученную от солнечных панелей (соединённых на ВЫСОКОЕ напряжение, обычно в диапазоне 200 – 600 В), преобразовать сразу в переменное ВЫСОКОЕ напряжение 220 В и сразу подавать её в промышленную сеть, синхронизируясь с ней.

Продолжение статьи