Вопросы и ответы по инверторам и блокам бесперебойного питания

Высокочастотные инверторы делают: Voltronic Power, Must Power, Deye, Sofar Solar, SRNE, Sermatec, A-Электроника, Сибконтакт, Штиль.

Принцип работы, преимущества и недостатки низкочастотных и высокочастотных инверторов описаны в статье «Инверторы. Классификация«.

А в нашем Интернет-магазине в разделе «Батарейные инверторы» теперь есть дополнительный фильтр «Особенности устройства» с выбором опций «низкочастоные» и «высокочастотные». Например, все низкочастоные инверторы можно выбрать по этой ссылке.

Что такое силовой инвертор?

Силовой инвертор — это устройство, которое может преобразовывать постоянный ток от солнечной батареи или аккумулятора в переменный ток. Он состоит из инверторного моста, процессора управления и схемы фильтра. Принципы действия различных типов силовых инверторов описаны в статье «Инверторы. Классификация«.

В современных инверторах обычно используется технология широтно-импульсной модуляции ШИМ для получения мощного и высокоэффективного выходного сигнала переменного тока.

Что такое преобразователь частоты?

Преобразователь частоты, также называемый VFD, представляет собой своего рода оборудование для управления мощностью, использующее технологию преобразования частоты для управления двигателем переменного тока путем изменения частоты и мощности двигателя. Преобразователь частоты в основном состоит из выпрямителя (из переменного тока в постоянный), фильтра, инвертора (из постоянного в переменный), тормозного блока, приводного блока, блока обнаружения, блока микропроцессора и т. д. Преобразователь частоты может регулировать выходное напряжение и частоту, управляя включением и выключением IGBT. Он может обеспечить необходимое напряжение питания в соответствии с требованиями двигателя для достижения целей энергосбережения и регулирования скорости. Кроме того, преобразователь частоты может также выполнять различные функции защиты, в том числе защиту от перегрузки по току, защиту от перенапряжения, защиту от перегрузки и т. д.

С повышением уровня промышленной автоматизации преобразователь частоты получил широкое применение.

Так в чем же разница между силовым инвертором и частотным преобразователем?

Силовой инвертор — это устройство, которое может преобразовывать постоянный ток в переменный ток, а частотный преобразователь — это устройство, используемый для изменения частоты переменного тока. Силовой инвертор мощности может преобразовывать энергию постоянного тока от аккумуляторов или солнечных панелей в энергию переменного тока. В них можно также в незначительных пределах регулировать частоту выходного напряжения.

Преобразователь частоты может преобразовывать входной переменный ток в переменный ток требуемой частоты для питания двигателей переменного тока. Принципы работы может быть AC-DC-AC или AC-AC. Обычно применяется AC-DC-AC, согласно которому сначала переменный ток преобразуется в постоянный ток, а затем постоянный ток преобразуется в переменный ток. Преобразователь частоты включает в себя блок регулировки частоты.

Если вы читали статью «Инверторы. Классификация», вы уже знаете, как высокие температуры окружающей среды отрицательно влияют на производительность инверторов.

Многие инверторы запрограммированы на снижение выходной мощности при нагреве. Эта «функция» называется температурным снижением номинальных характеристик инвертора, и она нужна для защиты чувствительной электроники от экстремальных температур.

Лет 20 назад многие инверторы начинали снижать номинальные характеристики, когда температура окружающей среды превышала 25°C. С тех пор технологии улучшились, и мощность у инверторов не снижается, пока температура окружающей среды не достигнет хотя бы 40°C.

Как узнать температурные характеристики вашего инвертора и нужно ли вам об этом беспокоиться?

На самом деле очень сложно найти характеристики снижения номинальных характеристик при температуре для большинства инверторов, поскольку они не указаны в стандартных описаниях инверторов. Но у некоторых инверторов эта информация содержится в руководствах по эксплуатации.

Вот кривая температурного снижения характеристик высококачественного современного бестрансформаторного инвертора мощностью 5 кВт Sunny Boy 5000TL.

Как вы можете видеть, номинальные характеристики этого инвертора начинают снижаться при температуре окружающей среды 50°C.

Важным выводом из вышесказанного является то, что нужно размещать инвертор в местах с хорошей вентиляцией и вдали от нагревательных приборов. Нельзя размещать инверторы и любую электронику там, где на них попадают прямые солнечные лучи. Всегда размещайте инвертор в затененном месте. Он будет работать лучше и прослужит намного дольше.

Теперь давайте посмотрим на другой инвертор мощностью 5 кВт с немного худшими температурными характеристиками (это сетевой инвертор Schneider Electric, бывший Xantrex):

Здесь вы можете видеть, что инвертор Xantrex GT5.0 начинает снижать номинальные характеристики при температуре окружающей среды 40°C.

Что нужно знать об инверторах и температуре:

Многие инверторы снижают свою выходную мощность, если температура окружающей среды становится слишком высокой.  Температура снижения номинальных характеристик обычно указана в руководстве по эксплуатации изделия. Инвертор никогда не следует размещать под прямыми солнечными лучами или в непроветриваемом помещении или коробке. Снижение номинальных характеристик инвертора повлияет на вас только в том случае, если температура в месте вашего проживания действительно когда-либо станет выше температуры снижения номинальных характеристик. Если ваш инвертор будет снижать номинальные характеристики только несколько дней в году, то потеря мощности настолько мала, что о ней не стоит беспокоиться.

Вот температуры снижения номинальных характеристик некоторых инверторов:

• Современные бестрансформаторные инверторы SMA: обычно снижение номинальных характеристик начинается при 50°C.
• Современные инверторы на базе ВЧ-трансформатора SMA вообще не снижают номинальные характеристики.
• Инверторы Samil Power Solar River снижают характеристики при 45°C
• Инверторы Delta Soliva снижают характеристики при 50°C.

Для электроники обычно разницы нет, если на входе стоит импульсный выпрямитель.
Форма напряжения играет значение при питании электродвигателей (например, насосов) и трансформаторов. Если питать несинусоидальным напряжением эти устройства, они теряют мощность и больше греются.

Электроника для котлов, как оказалось, также чувствительна к форме питающего напряжения и отказывается работать от несинусоидального напряжения. Поэтому, мы рекомендуем покупать только синусоидальные инверторы.

Здесь укажем на один момент, который иногда приводит к путанице. В википедии под двойным преобразованием в ИБП понимается тип ИБП On-Line. Т.е. двойное преобразование понимается как 220->12/24/48->220.

В инверторах же под двойным преобразованием иногда понимается преобразование постоянного напряжения (например 12В) в переменное большой частоты для того, чтобы можно было использовать трансформатор меньшего размера для повышения его, например, до 300В, и вторым шагом довести его до выходного номинала нужной частоты.
Вот цитата отсюда

От этого описания появляется больше вопросов чем ответов. Итак, представьте, что какому-то наркоману все-же удалось сделать ИБП по представленной Вами схеме:
1) Нужен AC/DC преобразователь 220->12/24/36/48… Отлично, имеем понижающий ШИМ конвертер.
2) Вспоминаем, что у нас все-таки ИБП, а не медицинская техника, а значит, входное напряжение может быть 120-280В + КМ должен быть чуть лучше чем у «экономителей энергии Smart Boy» — нужен APFC. Уже два преобразования.
3) теперь весь этот набор трансформаторов и катушек должен на выходе иметь 220 синусоидальных вольт, а мощность нужна пару кВА — в лоб не выйдет — НЧ трансформатором не обойдешься — получится «первый советский процессор» с четырьмя ручками для переноски. Придется использовать ВЧ преобразование — плюс еще один DC/DC конвертор 12/24/36->310, и мостовой инвертор делающий из этого 220 переменных вольт.
Ура товагищи — у нас есть каноничный стабилизатор с четырьмя!!! преобразованиями (вместо двух). Подключаем на DC шину батарею аккумуляторов и… И тут выясняется, что в таком виде батареи долго не живут — ни контроля тока заряда, ни напряжения…

Теперь о том, как на самом деле устроены ИБП двойного преобразования — все намного проще:
DC-шина и шина АКБ — две разных вещи.

На входе стоит APFC выполняющий две функции — ККМ и стабилизацию выходного напряжения на уровне 310В в независимости от входного. Тут и проявляются все прелести ИБП двойного преобразования — нетребовательность к качеств входного напряжения.

На DC шине стоят емкости (об их назначении позже), а также к ней подключен инвертор, делающий из 310В DC 220В AC. Вот двойное преобразование и готово. Теперь бесперебойность — берем батарею аккумуляторов на 12/24/36… ставим DC/DC преобразователь 12/24/36->300В и при пропадании питания запускаем его (как видите он работает не всегда), а пока он запускается, нагрузка питается от тех самых конденсаторов.

Вот приблизительно так работают все современные ИБП двойного преобразования.

Напряжение в системе электроснабжения нужно выбирать исходя из следующих основных параметров:

1. Мощность инвертора
2. Емкость аккумуляторной батареи
3. Наличие в системе потребителей постоянного тока на определенное напряжение

От мощности инвертора зависит потребляемый им ток при разных напряжениях. Желательно иметь минимальный ток на входе от инвертора. Это позволит использовать меньшее сечение проводов. По выбору сечения проводов для инвертора есть отдельная статья.

Емкость аккумуляторной батареи также определяет напряжение в системе. Максимальная мощность аккумуляторов на 12В — 260А*ч. Параллельно соединять рекомендуется не более 4 аккумуляторных батарей. Если в вашей системе требуется более 12 кВт*ч (т.е. 1000 А*ч на 12В), то нужно переходить на более высокое напряжение в системе или применять аккумуляторы на 2В, которые имеют единичную емкость до 3000 А*ч. Нужно иметь ввиду, что 2В аккумуляторы менее распространены и дороже за единицу емкости, чем 12В. Поэтому, в большинстве случаев, проще перейти на более высокое напряжение в системе.

C другой стороны, большое количество аккумуляторов в цепочке приводит к появлению проблемы разбалансировки напряжений аккумуляторов. Такая проблема приводит к преждевременному выходу аккумуляторов из строя, потому что один из аккумуляторов в цепочке будет хронически недозаряжаться, а другой/другие — перезаряжаться. Поэтому, обычно не рекомендуется использовать напряжение в системе более 48В.

Мы рекомендуем следующие напряжения на стороне аккумуляторов в зависимости от мощности инвертора:

• 12В — при мощности инвертора не более 1,5-2 кВт
• 24В — при мощности инвертора не более 3-3,5 кВт
• 48В — при мощности инвертора более 2-2,5 кВт. Единичная мощность серийно выпускаемых инверторов на напряжение 48В обычно не превышает 10 кВт.
• При большей мощности нужно применять или несколько инверторов параллельно, или переходить на более высокое напряжение, например, 96В.

Следует учесть, однако, что почти все серийно выпускаемые инверторы и ББП имеют напряжение постоянного тока не более 48В. При больших напряжениях начинает сильно проявляться проблема с разбалансировкой напряжений на аккумуляторах в цепочке. Поэтому, производители инверторов посчитали, что 48В — это наибольшее оптимальное напряжение на аккумуляторах. Если вы выберете 96В, то будьте готовы к тому, что найти замену вашему инвертору будет непросто.

При напряжении более 12В желательно применять балансиры для аккумуляторов, т.е. устройства, выравнивающие напряжения на разных аккумуляторах в цепочке.

Если у вас есть потребители постоянного тока 12В, но рекомендованное напряжение в системе 24 или 48В, то гораздо правильнее использовать в системе преобразователи постоянного тока 24-12В или 48-12В. Современные преобразователи постоянного напряжения высокоэффективные и малогабаритные.

Никаким. Точнее, практически никаким. Для генерации синусоиды и квази-синусоиды используются различные алгоритмы и технические решения.
Поэтому, лучше сразу заказывать инвертор с синусоидальной формой напряжения.

В последнее время мы практически отказались от несинусоидальных инверторов. Цена синусоидальных сильно снизилась, есть модели недорогие и надежные. Поэтому, особого смысла экономить на покупке несинусоидального инвертора нет.