Модифицированная синусоида что это значит
Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?
Одним из обязательных устройств системы резервного электроснабжения вашего дома является инвертор. Это устройство предназначено для преобразования постоянного тока от аккумуляторов в переменный напряжением 220 В с частотой 50 Гц, т. е. обеспечивает аналогичное сетевому питание электроприборов вашего дома. Попутно инвертор может решать дополнительные задачи. Такие, например, как отключение нагрузки при критическом разряде аккумуляторов. Бывают инверторы включающие в свой состав контроллер заряда.
Обратите внимание, что обязательным это устройство является для резервного электроснабжения, т.к. основное питание осуществляется сетевым напряжением 220 В переменного тока с частотой 50 Гц. Поскольку резервное электроснабжение необходимо в моменты отключения основного питания оно и должно обеспечивать те же параметры, что и сетевое.
В случае же автономного электроснабжения, инвертор может использоваться, а может и не использоваться. Это зависит от вашего выбора схемы электроснабжения. Если вы используете в доме обычные бытовые приборы, питание которых рассчитано на напряжение 220 В переменного тока, то инвертор вам необходим. Некоторые являются сторонниками использования электроприборов питающихся от 12 В, тогда они обходятся без инвертора. И в том и другом случае есть свои достоинства и свои недостатки.
При выборе же инвертора прежде всего надо определиться какого характера нагрузка в вашем доме. Дело в том, что инверторы условно можно разделить на два типа.
Первый – инверторы синусоида, обеспечивающие на выходе синусоидальную форму напряжения. Инвертор, так называемый инвертор с чистой синусоидой, обеспечит питание любых ваших бытовых приборов. Его форма напряжения ни чем не отличается от формы напряжения централизованной сети.
Второй же – инверторы, имеющие на выходе квазисинусоиду (как бы синусоиду), или модифицированную синусоиду. И вот эти инверторы использовать надо с осторожностью. Их можно эксплуатировать тогда, когда среди потребителей нет приборов с трансформаторными входами, электродвигатели и другие устройства представляющие индуктивный характер нагрузки.
Чем это грозит? Грозит это преждевременным выходом из строя ваших бытовых приборов, т.к. при питании их несинусоидальным током происходит, в лучшем случае, потеря мощности, а в худшем перегрев. С электронными приборами, отслеживающими качество напряжения, это может привести к отказам.
В чем проблема? Бери инвертор первого типа и не ломай голову. Проблема в разнице их стоимости. Инверторы синусоида дороже в 2 иногда в 2,5 раза. Поэтому есть смысл разобраться со своими потребителями до выбора инвертора.
Чистая синусоида VS её ступенчатая аппроксимация. Часть II
Содержание
Содержание
В первой части публикации было рассмотрено, что такое ступенчатая аппроксимация синусоиды или, как ее еще называют, квазисинусоида, и как себя ведут светодиодные, люминесцентныелампы и устройства с трансформаторными источниками питания. Что ж, продолжаем эксперименты на эту тему.
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.
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 (
“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.
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.