Общие сведенья об инверторах
Типовой инвертор – это устройство, предназначенное для преобразования постоянного напряжения в переменное (DC→AC).
Значение номинального входного напряжения – это обычно одна из величин ряда: 12, 24, 48, 60, 220. Однако существуют модели, предназначенные и для других номиналов, а также универсальные решения, рассчитанные сразу на несколько номинальных входных напряжений.
На выходе инверторы, по крайней мере ориентированные на российские электросети, формируют либо однофазное напряжение – 220 или 230 В, либо, реже, трёхфазное – 380 или 400 В.
⇒ Современные модели часто поддерживают пользовательскую настройку выходных параметров. Диапазон регулирования в таком случае определяется возможностями конкретной модели.
Некоторые инверторы помимо Входа DС имеют Вход АС и, следовательно, способны работать с поступающим от внешнего источника переменным напряжением (подробно о разновидностях инверторов мы поговорим в отдельном разделе).
Принцип работы инверторов
Информация в этом блоке будет представлена кратко – в противном случае нам пришлось бы пересказать значительную часть вузовского курса электротехники и электроники.⇒ Если вам необходим более глубокий разбор функционирования инвертора со схемотехникой, математическим описанием и физическим обоснованием каждого этапа, то рекомендуем обратиться к специализированным изданиям электротехнического цикла.
Итак, принцип работы современных инверторов – тезисно:
- Поступающая на Вход DС электроэнергия подается на внутреннюю силовую часть.
- Полупроводниковые ключи силовой части преобразуют постоянное напряжение в переменное, которое затем, проходя через фильтры, а также различные вспомогательные компоненты и цепи, приобретает необходимую форму, частоту и значение.
- На Выход AC поступает «итоговое» переменное напряжение с номинальными параметрами и формой.
Процессом управляет высокоточным контроллером, который длится непрерывно (при условии наличия на Входе DC напряжения с допустимой величиной).
Виды инверторов
Выделим несколько основных категорий:
1. Автономные (иначе независимые или off-grid) – соответствуют классическому понятию инвертора (вход DС – выход AC). Такие приборы работают только от источника постоянного тока – без связи с переменной сетью.
2. Инверторы с байпасом – это устройства, имеющие подключаемую к сети переменного тока цепь байпаса.
Конкретная задача цепи зависит от модели инвертора, но в любом случае реализуется один из двух вариантов:
- защита силовой части: основное питание идет от входа DC, а переход на байпас выполняется либо при выходе параметров источника постоянного тока из допустимого диапазона, либо при неисправности или перегрузке силовой части;
- питание нагрузки напрямую от сети, пока параметры переменного напряжения находятся в пределах нормы.
3. Сетевые (они же grid-tied, зависимые или ведомые) – требуют обязательного подключения к сети переменного тока, которая задает параметры их выходного напряжения. Назначение инверторов – не автономная работа от источника постоянного тока, а передача сформированного переменного напряжения во внешнюю сеть с целью её подпитки дополнительной мощностью.
⇒ Grid-tied-инверторы не предназначены для работы в условиях отсутствия либо критического отклонения переменной сети и не рассматриваются как средство для защиты от проблем с качеством электропитания!
4. Гибридные – включают функционал автономных и сетевых инверторов. Способны питать нагрузку и от переменной сети, и от источника постоянного тока с отдачей излишков мощности в сеть.
Дополнительные различия инверторов
| Критерий | Возможные варианты |
| Фазность |
Однофазный выход с номиналом в 220 или 230 В Трехфазный выход с номиналом в 380 или 400 В Чистая синусоида — качественный сигнал, подходящий для любой электротехники |
| Форма выходного напряжения | Модифицированная или аппроксимированная синусоида — ступенчатое приближение к чистой синусоиде. Не вызывает сложностей у «простых» электроприборов, например – нагревательных, но может негативно сказаться на функционировании чувствительной электроники, оборудования с импульсными блоками питания и техники с электродвигателями |
| Мощность | В зависимости от назначения, вида и схемы изделия: от сотен Ватт – для одиночных инверторов, до сотен Киловатт – для модульных инверторных систем |
|
⇒ Параметр мощности – один из основополагающих: инвертор не работает с перегрузкой! Рекомендованное превышение мощности инвертора над максимальной мощностью нагрузки составляет 30% |
|
| Вид корпуса |
Для настольного или напольного размещения Для навесного размещения на вертикальной поверхности Для монтажа в 19-дюймовые направляющие телекоммуникационных стоек и шкафов Универсальный (возможны несколько вариантов размещения) Врубной (для установки и последующей эксплуатации в специальных каркасах, объединяющих сразу несколько инверторов) |
| Способ подключения |
Прямой: Вход DC – к источнику постоянного напряжения, Вход AC (при наличии) – к сети переменного тока, Выход АС – либо к сети переменного тока, либо к нагрузке (в зависимости от вида инвертора) Через разъемы модульного каркаса (при врубной конструкции) Источник постоянного тока, сеть переменного тока и нагрузка подключаются к соответствующим клеммам модульного каркаса, который соединяется с инвертором через единый разъём Естественное или пассивное – радиаторы и конвективный воздухообмен через перфорацию корпуса Активное – принудительная циркуляция воздуха внутри устройства с помощью вентиляторов Комбинированное – автоматический переход от пассивного к активному охлаждению при росте нагрузки или температуры |
| Защита от проникновения воды и твердых предметов | В соответствии с кодами IP из ГОСТ 14254-2015 |
| Защита от аварийных режимов | Решения от простейших защит на базе тепловых реле и предохранителей, до электронных – от широкого спектра аварийных ситуаций с автоматическим восстановлением штатного режима работы после снятия аварии |
| Индикация |
Светодиодная ЖК-дисплей Комбинированная: светодиоды + ЖК-дисплей |
| Удалённый мониторинг |
Принципиально невозможен Возможен только через контроллер или специальный адаптер (не входят в базовую комплектацию поставки инвертора и приобретаются дополнительно) Не требует дополнительных устройств и функционирует напрямую |
Комментарий эксперта про процесс выбора
Процесс выбора инвертора проходит в два этапа.
На первом – выбираем вид устройства:
- сетевые и гибридные инверторы – используются в первую очередь в системах питания с солнечными панелями и теоретически позволяют владельцам продавать часть сгенерированной электроэнергии энергосбытовой организации (на практике необходим соответствующий договор, двунаправленный счетчик и главное – уровень потребления находится ниже уровня генерации);
- автономные инверторы с входным напряжением 12 В – чаще всего рассчитаны на подключение к автомобильным аккумуляторам;
- автономные инверторы с входным напряжением ≥ 24 В, а также решения с цепью байпаса – обычно применяются в составе выпрямительно-инверторных систем электропитания для телекоммуникационного, связного и промышленного оборудования (рассмотрим такие системы в отдельном разделе).
⇒ На рынке представлены инверторы, предназначенные для различных сфер! Изучайте техническую документацию и уточните заявленную область применения!
Второй этап заключается в подборе конкретной модели инвертора по основным параметрам:
- номинальному напряжению источника постоянного тока;
- характеристикам нагрузки: фазности, максимальной потребляемой мощности, требованиям к форме и точности питающего напряжения;
- условиям на объекте планируемой эксплуатации: температуре, количеству свободного пространства, присутствию агрессивных воздействий и т.д.;
- требованиям к интерфейсам удалённого мониторинга (при наличии).
⇒ При возникновении сложностей и вопросов рекомендуем обращаться за консультацией к специалистам!
Выпрямительно-инверторные системы электропитания. Общие сведенья
Главные элементы подобных систем – это выпрямительный блок, аккумуляторные батареи и инверторы (от одной штуки и более).
В классической системе выпрямительный блок – это отдельное устройство, необходимое для преобразования, поступающего из внешней сети переменного напряжения в постоянное (AC→DС), которое в дальнейшем используется для заряда аккумуляторных батарей и питания инверторов.
В качестве выпрямительного блока выступает и установка питания постоянного тока. Алгоритм работы устройства зависит от состояния входной переменной сети.
Состояние I. Параметры в допустимом для выпрямителей диапазоне (конкретные значения зависят от модели применяемой установки).
Выполняется непрерывное преобразование AC→DС. Полученное постоянное напряжение распределяется по цепи DC между инвертором, аккумуляторными батареями (буферный режим заряда) и дополнительными нагрузками постоянного тока, если таковые присутствуют в системе.
Состояние II. Параметры вне допустимого для выпрямителей диапазона.
Преобразование AC→DС приостанавливается, однако электропитание инвертора и нагрузок постоянного тока продолжается за счет энергии, накопленной в батареях.
Такой режим называется автономным. Отметим, что благодаря постоянному подключению батарей к цепи DC смена источника постоянного напряжения (с выпрямителей на аккумуляторы) происходит автоматически и мгновенно, не сказываясь на функционировании инвертора и нагрузок постоянного тока.
