Что такое инвертор?
Инвертор – это силовое электронное устройство – базовый элемент любой системы альтернативного или резервного электроснабжения, который выполняет преобразование постоянного тока (DC) в переменный (AC) c изменением величины напряжения под требование потребителей. Он может быть в виде:
- отдельного и самостоятельного прибора, например, в системе автомобильных силовых агрегатов с электроприводом;
- цифрового электронного компонента, устанавливаемого внутри системы электропитания, например, в источнике бесперебойного питания или инверторном стабилизаторе напряжения.
По сути, инвертор – это посреднический элемент между двумя компонентами электроцепи:
- источником питания постоянного тока. Им может быть генератор, аккумулятор, солнечная панель или ветрогенератор;
- потребителем переменного тока – любой нагрузкой, которая потребляет напряжение 220/230 В.
Что делает инвертор?
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный. Благодаря этому аккумуляторные батареи, солнечные панели и другие источники постоянного напряжения могут питать оборудование, рассчитанное на стандартную электрическую сеть 220/230 В с частотой 50 Гц.
Основная задача инвертора – сформировать на выходе переменное напряжение с нужными параметрами: заданным уровнем, частотой и формой сигнала. В зависимости от модели инвертор может выдавать прямоугольную волну, модифицированную синусоиду или чистую синусоиду.
Для чувствительной техники – газовых котлов, насосов, серверов, медицинского оборудования, измерительных приборов и современной электроники – обычно выбирают инверторы с чистой синусоидой. Такая форма напряжения наиболее близка к параметрам централизованной электросети и снижает риск нестабильной работы оборудования.
Из чего состоит инвертор?
Конструкция инвертора зависит от его типа и назначения, но в большинстве современных моделей есть несколько основных узлов:
- силовая часть – преобразует энергию постоянного тока в переменный сигнал;
- электронный контроллер – управляет работой устройства и контролирует параметры напряжения;
- полупроводниковые ключи – быстро переключают ток и участвуют в формировании выходного сигнала;
- фильтры – сглаживают форму напряжения и снижают уровень помех;
- система охлаждения – отводит тепло от силовых компонентов;
- защитные цепи – отключают устройство при перегрузке, коротком замыкании, перегреве или недопустимом входном напряжении.
В некоторых схемах также используется трансформатор. Он может обеспечивать гальваническую развязку, изменение уровня напряжения и дополнительную безопасность.
Как работает инвертор?
Принцип работы инвертора основан на преобразовании постоянного напряжения в переменное с помощью электронных компонентов.
Упрощённо процесс выглядит так:
источник постоянного тока → силовая часть инвертора → управление полупроводниковыми ключами → формирование импульсного сигнала → фильтрация и сглаживание → переменное напряжение на выходе → подключённое оборудование
Сначала энергия поступает от аккумулятора, солнечной панели или другого источника постоянного тока. Затем контроллер управляет силовыми ключами, которые формируют импульсный сигнал. После прохождения через фильтры напряжение приобретает форму, необходимую для питания нагрузки.
В качественных инверторах на выходе формируется стабильное переменное напряжение с чистой синусоидой, подходящее для чувствительной бытовой, коммерческой и промышленной техники.
Функции инвертора
В зависимости от типа инвертор может выполнять следующие функции:
- изменение тока и повышение напряжения до необходимого значения для бытовых или офисных электроприборов (например, с 12 В постоянного до 220 В переменного тока с частотой 50 Гц);
- качественное электропитание нагрузки напряжением необходимого значения и формы. Например, инверторный стабилизатор напряжения выполняет двойное преобразование энергии с помощью внутреннего выпрямителя и инвертора. Сначала переменный нестабильный вольтаж становится постоянным, теряя свои негативные характеристики, а затем снова переводится обратно в переменный, но уже с требуемыми для потребителей параметрами. За счет такой особенности снижается или полностью устраняется зависимость качества входного тока от его величины на выходе;
- непрерывное и резервное электроснабжение потребителей от источника питания, не способного вырабатывать переменное напряжение (когда в сети происходит блэкаут, инвертор, например, внутри источника бесперебойного питания мгновенно начинает снабжать оборудование от аккумуляторных батарей, преобразуя постоянный ток в переменный).
Виды инверторов
Встречается несколько типов инверторов как отдельных устройств. Все они имеют схожий внешний вид. Однако будут отличаться по входным и выходным характеристикам, виду нагрузки и источнику питания то которого работают. Разберем основные виды, которые в основном применяются в бытовой сфере.
По форме выходного напряжения они могут быть:
- с прямоугольной волной (Square Wave Inverter). Производят сигнал на выходе прямоугольной формы. Практически не используются в бытовых условиях из-за гармонических искажений, которые они вносят на выходе. Они недопустимы для питания многих электрочувствительных приборов (например, аудиотехники, электроники отопительного оборудования, компьютерных систем и др.), так как приводят к снижению производительности и срока их службы, а также возникновению неисправностей. Могут применяться для лам накаливания и обогревателей;
- с модифицированной волной (Modified Sine Wave Inverter). На их выходе создается напряжение с формой приближенной к синусоидальной. У них более низкие гармонические искажения по сравнению с первым типом, однако они также могут создавать проблемы с производительностью подключенного оборудования. Поэтому такие инверторы подходят для обычной бытовой техники, которой не важна чистая синусоидальная волна, например, некоторым моделям холодильников, насосам, электроинструментам, компьютерам и осветительным приборам;
- с чистой синусоидой (Sine Wave Inverter). На выходе таких приборов напряжение всегда имеет стабильную и чистую синусоидальную волну. У инверторов с чистой синусоидой уровень гармонических искажений минимален. Поэтому их можно использовать для любой техники, даже с весьма чувствительной электроникой качеству сигнала, например, измерительной аппаратуры, медицинской техники и др.
По виду источника питания они могут быть:
- для автомобилей (также сюда можно отнести и другие виды транспорта – железнодорожный, воздушный, водный или специализированный). При работе от внутреннего генератора приборы позволяют создавать переменный ток, необходимый для питания бытовой техники, которой пользуются, например, во время путешествий;
- для электросети. Для выработки переменного тока подключаются к центральной электросети через отдельный прибор – выпрямитель. Также могут иметь выпрямитель в качестве внутреннего блока, совмещая функцию инвертора и классического ИБП для обеспечения потребителей резервным электропитанием на требуемое время в период отключения электричества. Некоторые модели могут обеспечивать одновременное электропитание потребителей постоянного и переменного тока;
- для альтернативных источников энергии. Подключаются к ветрогенераторам или солнечным панелям для выработки переменного тока, например, в период блэкаутов. Также могут совмещать несколько режимов работы, в том числе запитываться от электросети для зарядки аккумуляторных батарей.
Чем инвертор отличается от ИБП, стабилизатора и преобразователя напряжения?
Инвертор часто путают с ИБП, стабилизатором напряжения и преобразователем. Эти устройства действительно связаны с электропитанием, но решают разные задачи.
| Устройство | Что делает | Когда используется |
| Инвертор |
Преобразует постоянное напряжение в переменное |
Когда нужно питать нагрузку от аккумуляторов, солнечных панелей или другого источника постоянного тока |
| ИБП |
Обеспечивает резервное питание при отключении сети |
Когда важно, чтобы оборудование продолжало работать без перерыва или с минимальной паузой |
| Стабилизатор напряжения |
Поддерживает выходное напряжение в заданных пределах |
Когда в сети есть скачки, просадки или нестабильное напряжение |
| Преобразователь напряжения |
Меняет параметры электрической энергии |
Это общее название устройств, к которым относится и инвертор |
Инвертор может быть частью источника бесперебойного питания, но сам по себе не всегда является полноценным ИБП. В ИБП, кроме инвертора, обычно есть зарядное устройство, аккумуляторная батарея или разъём для её подключения, система управления, защита и автоматическое переключение режимов.
Стабилизатор напряжения решает другую задачу: он не питает нагрузку от аккумуляторов, а корректирует параметры уже имеющейся электросети. Если нужно защитить оборудование от перепадов напряжения, используют стабилизатор. Если нужно получить питание от аккумуляторов или солнечных панелей, используют инвертор или ИБП.
Преобразователь напряжения – более широкое понятие. Он может преобразовывать постоянное напряжение в постоянное, переменное в постоянное, переменное в переменное или постоянное в переменное. Инвертор – это один из видов преобразователей, который выполняет преобразование DC → AC.
Где нельзя использовать инвертор?
Инвертор подходит не для всех задач. Перед подключением нужно учитывать тип нагрузки, мощность оборудования, пусковые токи и форму выходного напряжения.
Инверторы с модифицированной синусоидой не рекомендуется использовать для чувствительной техники, которой требуется качественное питание. К такой нагрузке относятся:
- современные газовые котлы с электронной системой управления;
- циркуляционные и скважинные насосы;
- серверное и телекоммуникационное оборудование;
- медицинская техника;
- лабораторные и измерительные приборы;
- профессиональная аудио- и видеотехника;
- оборудование с электродвигателями, чувствительными к качеству электропитания.
Для таких потребителей лучше выбирать инверторы с чистой синусоидой. Они формируют напряжение, максимально близкое к параметрам централизованной электросети, и снижают риск перегрева, ошибок и нестабильной работы подключённой техники.
Также нельзя подключать к инвертору нагрузку, мощность которой превышает возможности устройства. При перегрузке инвертор может отключиться, перейти в защитный режим или выйти из строя. Для оборудования с электродвигателями нужно учитывать пусковые токи и выбирать модель с запасом мощности.
Как выбрать инвертор?
При выборе инвертора нужно учитывать не только мощность, но и тип подключаемого оборудования, входное напряжение, форму выходного сигнала и условия эксплуатации.
Основные параметры выбора:
- мощность – должна быть выше суммарной мощности подключаемой нагрузки;
- запас по мощности – обычно рекомендуется закладывать 20–30 %, а для оборудования с высокими пусковыми токами может потребоваться больший запас;
- форма выходного напряжения – для чувствительной техники лучше выбирать чистую синусоиду;
- входное напряжение – должно соответствовать аккумуляторной системе или другому источнику постоянного тока: 12, 24, 48, 60, 220 В или иному номиналу;
- перегрузочная способность – важна для насосов, компрессоров, холодильников и другой техники с электродвигателями;
- КПД – чем он выше, тем меньше энергии теряется при преобразовании;
- защита – желательно наличие защиты от перегрузки, короткого замыкания, перегрева, глубокого разряда АКБ, повышенного и пониженного входного напряжения;
- исполнение корпуса – настольное, настенное, стоечное, модульное или врубное, в зависимости от места установки.
Для бытовой техники, котлов, насосов, серверов и другого ответственного оборудования лучше выбирать инвертор с чистой синусоидой и достаточным запасом мощности. Для сложных систем резервного или автономного электроснабжения подбор оборудования лучше выполнять по проекту или с консультацией специалиста.
Инверторы и инверторные системы от ГК «Штиль»
Российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает различные модели инверторов и инверторных систем, состоящих из модульных каркасов, модулей распределения, аккумуляторных батарей и контроллеров. Устройства различаются по следующим параметрам:
- номиналу входного напряжения – могут работать от 24, 48, 60 и 220 В постоянного тока;
- выходной мощности – 500-2000 вольт-ампер (большинство моделей поддерживает параллельную работу для создания системы резервирования и масштабирования выходной мощности до 64 кВА);
- конструктивному исполнению – в виде 19-дюймового модуля или «врубного» блока для установки в модульный каркас.