Инверторы: для чего нужны, каких разновидностей бывают, чем различаются?

В связи с военным положением и повреждением инфраструктуры нередко происходят аварийные и плановые отключения электричества, поэтому вопрос резервного электроснабжения для соотечественников становится актуальным. Его можно решить разными способами. В частности, применением инверторов.

Сами по себе инверторы не продуцируют ток — они его преобразовывают. Из-за этого одного инвертора будет недостаточно: он может работать лишь в связке с автомобильной аккумуляторной батареей (АКБ), либо же другим источником постоянного напряжения. Например, инвертор можно подключить к солнечной панели или к генератору постоянного тока.

Благодаря такому свойству этот прибор имеет много названий: инвертор, автомобильный инвертор, инвертор напряжения, преобразователь напряжения.

Предназначение инвертора — преобразование низкого постоянного напряжения (DC) в повышенное переменное (AC). Повышение напряжения происходит при помощи трансформатора, а смена вида тока осуществляется за счёт создания полупериода синусоиды. Это обеспечивается широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Однако функционал многих инверторов параллельно представлен изменением напряжения постоянного тока — с 12В, 24В или 48В на 5В. Это нужно для зарядки электронных устройств или LED-ламп, которые заряжаются от 5В (DC) через USB-интерфейс. Кроме того, это позволяет подключить мини-пылесос, мини-вентилятор или автомобильный холодильник. Таким образом, инвертор превращается в мини-зарядную станцию.

Выходное переменное напряжение инверторов — 220В. Разъёмы для подключения — розетки. Таким образом можно организовать резервное или автономное электроснабжение для питания бытовой техники. Низковольтное постоянное напряжение 5В выводится через USB A.

Универсальность инвертора состоит в том, что его можно использовать не только дома, но и в машине. И для этого необязательно открывать капот автомобиля и снимать аккумулятор. При помощи разъёма прикуривателя тоже можно подключиться к бортовой сети. Более того, многие модели предлагают шнур со штекером прикуривателя, а у маломощных преобразователей это единственный способ подсоединения к источнику тока.

По функциональности инверторы схожи с мини-электростанциями или зарядными станциями. Отличие лишь в том, что инвертору требуется внешний источник напряжения, а у зарядной станции имеется встроенный. К тому же, инвертор с АКБ обойдутся дешевле, чем зарядная станция.

Разнообразие инверторов.

В чём преимущества инверторов? Во-первых, относительно небольшая стоимость «сборки» (инвертор + аккумулятор + зарядное устройство для аккумулятора будут дешевле, чем зарядная станция или генератор) . Во-вторых, их можно ставить в квартирах и в домах (при использовании гелевого или литиевого аккумулятора). Для работы не нужно сжигать топливо, соответственно, отсутствуют выхлопы. В-третьих, они почти бесшумны. В-четвёртых, они достаточно компактны, в отличие от зарядных станций, из-за чего их можно поставить практически в любом месте.

Недостатков, как таковых, у инверторов практически нет. Минусы связаны с внешним источником питания, поскольку время от времени необходимостью заряжать аккумуляторную батарею. А это можно сделать лишь с помощью специальных зарядных устройств, которые должны иметь несколько режимов зарядки (их может быть 3 или даже 8). Но этот недостаток присущ не всем инверторам — избавиться от необходимости покупки отдельного зарядного устройства можно путём приобретения инверторов, оснащённых функцией зарядки АКБ (её не нужно путать с USB-зарядкой).

Ещё одним недостатком можно считать необходимость использования определённых разновидностей АКБ — свинцово-кислотных с гелевым электролитом (VLRA GEL) и литиевых (литий-ионных (Li-Ion) или литий-железо-фосфатных (LiFePO4)). Это обязательное условие, поскольку обычные залитые свинцово-кислотные батареи с жидким или абсорбированным электролитом способны выделять вредные газы в процессе работы и при зарядке.

Классификация инверторов довольно скромная: единственным критерием принципиального различия является форма выходного сигнала переменного тока. Она бывает чистой и модифицированной синусоидой.

Чистая синусоида (Pure Sine Wave) характеризуется плавной амплитудой электрического сигнала без резких скачков и перепадов. Коэффициент нелинейных искажений (гармоник) равняется 0, либо же может составлять до 3%. Такой ток по характеристикам соответствует току из бытовой сети. Он предпочтителен для электроприборов, чувствительных к качеству тока. Например, электродвигателей и техники, оснащённой трансформатором: отопительные котлы с циркуляционными насосами, стиральные машины, кондиционеры, компрессоры, фены, холодильники, микроволновки, блендеры, кофемашины, аудиотехника, лазерные принтеры, серверное оборудование, медицинское оборудование. При этом чистой синусоидой можно питать всю бытовую технику.

Для создания чистой синусоиды используется большее количество компонентов (диоды и полупроводники) и более сложная схема, что удорожает стоимость такого преобразователя. Однако он подходит для приборов с ёмкостной, активной и индуктивной нагрузкой.

Модифицированная синусоида (квазисинусоида) (Modified Sine Wave) отличается ступенчатой формой амплитуды. Она представляет ступенчатую волну из прямоугольников с углом 90°, вследствие чего получается три состояния: пик мощности, ноль, минимум мощности. При переходе от позитивной к негативной частоте будет период с нулевой мощностью. Причём эти переходы резкие, что может негативно отразиться на некоторых электроприборах. Если к инвертору с такой синусоидой подключить насос или измерительные приборы, то они будут работать некорректно. Электроинструменты могут не достигать полной мощности и перегреваться. Электродвигатели будут вращаться с меньшим количеством оборотов. В конечном итоге э то может вылиться в сокращении срока службы или привести к поломке.

Что же тогда можно питать инвертором с модифицированной синусоидой? К нему подойдут устройства с импульсным блоком питания: нагреватели, ноутбуки, телевизоры, магнитофоны, лампы с нитями накаливания, энергосберегающие лампы, зарядные устройства для телефонов.

Преобразователи с модифицированной синусоидой являются компромиссом по цене и характеристикам. При этом они стоят намного дешевле инверторов с чистой синусоидой.

Чистая и модифицированная синусоида.

Ещё одним критерием может считаться количество фаз (одна или три), но все автомобильные (бытовые) инверторы являются однофазными (то есть, выдают 220В с одним фазной линией), тогда как трёхфазные представлены лишь промышленными моделями.

К факторам классификации также можно добавить вид преобразования (изменение тока или величины напряжения). Несмотря на то, что большинство инверторов конвертируют постоянный ток (DC) в переменный (AC) или в переменный с постоянным (AC, DC), существует редкая разновидность, преобразующая постоянное напряжение в постоянное (DC-DC), изменяя величину напряжения. Например, 18-35В (DC) в 12В (DC). Или 10-15В (DC) в 24В (DC).

Инвертор для преобразования постоянного тока и инвертор для преобразования постоянного в переменный ток.

Характеристик у инверторов много. Это: входное напряжение, мощность, источник питания, количество розеток и их расположение, стандарт розетки, USB для зарядки мобильных устройств, зарядка для аккумуляторов, дисплей, дополнительные функции.

Входное напряжение необходимо подбирать исходя из совместимости с аккумулятором. Или наоборот. Главное, чтоб номинальный вольтаж АКБ совпадал с входящим напряжением преобразователя, иначе возможно повреждение инвертора.

Ассортимент инверторов представлен моделями под входное напряжение 12В, 24В и 48В. Существуют также и универсальные модели с «плавающим» входным напряжением: например, в диапазоне 10-30В, который позволит подключать как 12 так и 24-вольтовые батареи.

Какое напряжение лучше выбрать? Чем больше вольтаж, тем меньше потери энергии. С ростом нагрузки возрастёт сила тока. Поэтому наиболее простой способ уменьшения тока — увеличение напряжения. Исходя из этого, модели от 1500 Вт делают под 24В. А для преобразователей мощностью от 5000 Вт обязательное напряжение — 48В.

Если нет аккумулятора подходящего напряжения, необязательно приобретать новый или менять инвертор. Как вариант, можно подключить два 12-вольтных аккумулятора. При последовательном подсоединении вольтаж удвоится. Если последовательно подключить плюсовую клемму первого АКБ к минусовой клемме второго, а оставшиеся выводы («-» первой батареи и «+» второй) к клеммам инвертора, из двух 12В аккумуляторов получится сборка на 24В. Так же можно поступить и для 24В батарей, из которых можно получить 48В.

В свою очередь, при параллельном соединении одинаковых аккумуляторов можно увеличить ёмкость при сохранении напряжения. Например, соединив 4 батареи на 100 Ач на выходе получится 400 Ач. Для этого соединяют «-» клеммы от одной АКБ к другой, а крайнюю подключают к инвертору. С плюсовыми клеммами так же — «+» параллельно подсоединяют к соседним плюсовым клеммам, а от крайней — к инвертору.

Ёмкость АКБ важна, поскольку она влияет на продолжительность преобразования тока и, соответственно, на время работы автономного или резервного питания.

При работе с приборами, имеющими реактивную нагрузку, необходим запас мощности в 10-15% для инверторов с чистой синусоидой. Для преобразователей с модифицированной синусоидой к этим 10-15% нужно добавлять ещё 10%.

Мощность указывает на энергопотребление. У автомобильных инверторов она измеряется в Ваттах и обозначает выходную мощность. У промышленных преобразователей — в Киловатт-часах (кВт*ч). Этот параметр отображает способность держать напряжение и мощность на протяжении определённого времени.

При покупке важно учитывать, что существует номинальная и пиковая мощность. Первая характеризует стандартный режим работы как самого инвертора, так и потребителя. Однако при включении многих электроприборов (электрочайники, кофемашины, холодильники, мониторы) возрастает нагрузка в 1,5-2,5 раза. Исходя из этого преимуществом будет способность инвертора поддерживать повышенную мощность на протяжении короткого времени. Поэтому в спецификациях и описании часто указывается две мощности — номинальная и пиковая, которая обычно в 2 раза больше. Хотя следует быть внимательными, поскольку недобросовестные продавцы могут выдавать пиковую мощность за номинальную. Однако при этом и производители могут завышать показатели, из-за чего необходим запас мощности. В случае превышения нагрузки сработает защита и инвертор просто отключится.

Ассортимент мощностей представлен моделями на 70 Вт, 100 Вт, 150 Вт, 200 Вт, 250 Вт, 300 Вт, 350 Вт, 500 Вт, 600 Вт, 1000 Вт, 1500 Вт, 2000 Вт, 2500 Вт, 3000 Вт, 3500 Вт, 4000 Вт, 4500 Вт, 5000 Вт, 6000 Вт, 7000 Вт, 8000 Вт.

Если на электроприборах не написана номинальная мощность, её можно рассчитать исходя из напряжения и силы тока. Её можно получить, умножив Вольты на Амперы.

Основным источником питания для инверторов являются автомобильные аккумуляторные батареи. Они подсоединяются к выводам преобразователя с помощью кабелей с зажимами «крокодил». Шнуры для подключения сделаны съёмными и они предлагаются в качестве аксессуара, входящего в комплект к инвертору.

Альтернативным источником является бортовая электросеть автомобиля. Правда, им можно воспользоваться лишь в салоне машины. Но в таком случае нет необходимости вынимать батарею. Подсоединение к источнику осуществляется с помощью штекера прикуривателя, который вставляется в гнездо для автоприкуривателя. У моделей средней мощности и у некоторых маломощных преобразователей шнур со штекером прикуривателя сделан съёмным и входит в стандартное оснащение. Однако у самых слабых инверторов мощностью 70, 100 и 150 Вт шнур сделан несъёмным. Соответственно, такие инверторы нельзя напрямую подключить к АКБ и, соответственно, не получится использовать дома.

К сожалению, производители инверторов экономят на кабелях для аккумулятора. Например, они кладут в комплект тоньший кабель, чем нужно, или делают жилу из нескольких проводников. Поэтому такие шнуры могут перегреться.

Съёмные шнуры для подключения инвертора к источнику питания: зажимы "крокодил" и штекер прикуривателя, а также маломощный инвертор с встроенным шнуром для прикуривателя.

Не менее важная характеристика — количество розеток на 220-240В для подключения бытовой техники. Естественно, можно воспользоваться удлинителем, однако проще подключить шнур напрямую.

Количество розеток хоть и не отличается огромной вариативностью, но бывает разным. Инверторы оснащают одной, двумя, а в редких случаях тремя или даже четырьмя (для моделей большой мощности) розетками. Особой закономерности нет, но преобразователи малой мощности (70, 100, 150 Вт) снабжают лишь одной розеткой.

Что касается расположения, то розетки обычно ставят в торце корпуса, с противоположной стороны от клемм для подключения к АКБ. Изредка встречается размещение на лицевой панели инвертора. Реже — комбинированное (одна или две розетки в торце, остальные — на передней стороне преобразователя).

Как и с любым прибором, имеющим силовой разъём, необходимо обращать внимание на стандарт розетки, ведь они бывают разных видов и отличаются формой, количеством, расположением и размерами вилок. Да, несоответствие можно решить путём покупки переходника, но это дополнительные затраты и дополнительный аксессуар, поэтому лучше сразу позаботиться, чтоб розетка была европейского стандарта.

Модели инверторов, предназначенные для продажи в Европе и Украине имеют розетки типа C. Но они представлены несколькими разновидностями: CEE7/16 («Евровилка»), CEE 7/17, CEE7/4 (Shuko). Также предлагаются универсальные разъёмы, в которые можно подключить штепсели с вилками различных мировых стандартов (тип А (США и Канада, Япония), тип B (США, Канада, Мексика, Япония), тип G (Великобритания), тип I (Австралия, Аргентина, Чили)).

Иллюстрация универсальных и европейских розеток 220-240В, количества розеток и их расположения.

Большинство инверторов также оснащаются портом USB А с напряжением 5В постоянного тока для зарядки мобильных устройств и смартфонов. Это избавляет от необходимости использования блока питания-зарядки, но сила тока стандартная — 1А или 2,1А. Поэтому для быстрой зарядки придётся подключать блок питания к розетке 220В.

Как и у розеток, количество разъёмов USB А может отличаться. Чаще всего на корпусе ставят один порт для зарядки (не путать с зарядкой для аккумулятора), хотя их может два, а в редких случаях и четыре.

Важным различием является наличии или отсутствии функции зарядки аккумулятора. Такое дополнительное оснащение не будет лишним, поскольку не потребуется покупка специального зарядного устройства, а Вы получите в одном компактном корпусе два устройства — собственно, инвертор, и зарядник для АКБ. Кроме того, таким образом получится сэкономить площадь под размещение. Разумеется, преобразователь с функцией зарядки аккумуляторной батареи обойдётся дороже, чем аналогичная модель без зарядки, но это более рациональный вариант.

При использовании зарядки для литиевых аккумуляторов нужно, чтоб батарея была оснащена BMS, который будет регулировать зарядку.

Преобразователи с функцией зарядки имеют дополнительную характеристику, которая отсутствует у других инверторов, — ток зарядки. Стандартными величинами являются 10А, 20А. 30А, 35А.

Инвертор с зарядкой для автомобильных аккумуляторов легко распознаётся по наличию силового разъёма питания для сетевого шнура, которым осуществляется подключение к бытовой электросети.

Ещё одним параметром является наличие/отсутствие дисплея. На нём могут отображаться уровень зарядки батареи, мощность, входное и/или выходное напряжение.

Инверторы с дисплеем.

Инвертор, гибридный инвертор и источник бесперебойного питания (ИБП).

К дополнительным функциям можно отнести подключение модуля дистанционного управления. Для этого инверторы оснащаются разъёмом RJ-45 (8P8C).

К перечню дополнительного оснащения можно добавить функции ATS (автоматического переключения на питание от батареи), PFC (корреция коэффициента мощности). Гибридные инверторы имеют фунцию APC (инвертор+ИБП+стабилизатор). При этом они способны одновременно подключаться к нескольким источникам питания (например, к АКБ, солнечным панелям, генератору, электросети).

Гибридные инверторы по функционалу похожи на источники бесперебойного питания (ИБП), но между ними всё-таки имеются различия. У инверторов переключение на аккумулятор осуществляется лишь при исчезновении электричества в сети, тогда как у ИБП аккумуляторы задействованы постоянно. Благодаря этому гибридные инвертор с аккумулятором прослужит дольше, чем ИБП. Однако есть и минус: инвертор переключается на питание от аккумулятора за 200-500 миллисекунд, этого бывает достаточно для отключения компьютерной техники и электроприборов (источнику бесперебойного питания для этого понадобиться лишь 2-5 миллисекунд). В противовес этому инвертор может обеспечивать резервное питание дольше, чем ИБП.