Для работы практически всей бытовой электроаппаратуры необходимо напряжения уровнем 220 В. В случае отсутствия стационарной электросети или же в условиях напряжения слишком низкого качества удобно использовать электроэнергию от аккумуляторных батарей. Такими батареями могут быть широкодоступные автомобильные аккумуляторы. Для согласования низкого постоянного напряжения аккумулятора 12 (24) В и переменного напряжения 220 В, требуемого для питания электроаппаратуры, используют специальные DC/AC преобразователи напряжения или инверторы.
Устройство инвертора
Простейший однофазный инвертор 12 220 В состоит из силовых электронных ключей (минимум два), повышающего трансформатора и системы управления, представленной в виде генератора импульсов (рис. 1). Такой преобразователь легко собрать своими руками.
Рис.1 Принципиальная схема преобразователя напряжения 12 220 В
На рис. 1 резистор R1 и конденсатор С1 являются задающей цепочкой, от которой зависит частота выходных импульсов. N-канальные полевые транзисторы, работающие в противофазе, поочерёдно коммутируют трансформатор Tr2 с источником питания, создавая на выходе положительную и отрицательную полуволны. В качестве силовых транзисторов можно использовать, например, управляемые логическим уровнем IRL2505 с допустимым максимальным током 104 А или другие аналогичные ключи. Трансформатор можно использовать из блока бесперебойного питания или намотать самостоятельно.
Более сложные инверторы содержат один или несколько повышающих импульсных DC/DC преобразователей, которые поднимают уровень напряжения от 12 В до ~450 В. Далее повышенное постоянное напряжение преобразуется в переменное с последующей фильтрацией. В серийных инверторах обязательной является функция защиты от перегрузки, короткого замыкания, тепловая защита.
Выбор автомобильного инвертора
Мощность. Основная характеристика инвертора – максимальная мощность в длительном режиме работы. Маломощные инверторы до 300 Вт можно питать от прикуривателя. Например, инвертор Astra 150W-USB мощностью 150 Вт конструктивно имеет всего один разъём упомянутого типа (рис. 2).
Рис.2 Инвертор Astra 150W-USB
Более мощные инверторы кроме разъёма прикуривателя обычно снабжаются клеммами для подключения непосредственно к аккумулятору (рис. 3). Прямое подключение необходимо для сохранности проводки автомобиля, которая будет значительно перегружена при питании мощной нагрузки.
Рис.3 Инвертор EnerGenie EG-PWC-034 мощностью 800 Вт
Следует напомнить, что при мощности инвертора свыше 300 Вт (например, 1 кВт) и подключенной к нему маломощной нагрузке (например, ноутбук 60 Вт) такая система будет вполне нормально работать от прикуривателя. Прямое подключение к аккумулятору требуется только в случае нагрузки, превышающей предел 300 ВТ.
Мощность инвертора следует выбирать с запасом 20%÷30%. Также следует учитывать 5÷7 кратное повышение потребляемого тока устройствами с электродвигателями в момент пуска (холодильник, электродрель).
Особое внимание следует обращать на заявленную мощность самого инвертора. Зачастую на инверторах китайского производства указывается пиковая мощность, которую преобразователь может выдержать в течении нескольких секунд.
КПД. Чем выше КПД, тем меньше потери, а значит и больше время работы устройств, подключенных через инвертор. Величину времени работы можно посчитать по формуле:
Т=U*Ih*η/P
где Т – время работы от батареи; U – напряжение аккумулятора (например 12 В); Ih ёмкость в А*час; η – КПД, P – мощность нагрузки.
При питании одинаковой нагрузки от одинаковой батареи разными инверторами с КПД 0,95 и 0,85 в первом случае время работы будет почти на 12% больше. Заявленный КПД современных инверторов не ниже 90%.
Форма выходного сигнала. Более простые инверторы имеют прямоугольную форму выходного сигнала или же форму в виде так называемой аппроксимированной синусоиды (рис. 4). Наилучшей для нагрузки является форма практически неискажённой синусоиды – сигнал с уровнем коэффициента гармоник < 5%. Такие преобразователи получили название «инвертор чистый синус» (англ. pure sine wave).
(а)
(б)
(в)
Рис.4 Синусоида (а), аппроксимированная синусоида (б) и прямоугольная (в) формы выходного напряжения
Однако, чтоб сделать оптимальный выбор, следует учитывать, что нагрузка с импульсными блоками питания (ПК, современные ТВ, зарядные устройства мобильных …) отлично работает с прямоугольной формой питающего напряжения. Синусное питание нужно в большинстве случаев для питания электродвигателей.
Защиты. Обязательной является защита от короткого замыкания и перегрузки. Также необходимо выбирать инвертор с защитой от пониженного напряжения аккумулятора, тепловой защитой и звуковой сигнализацией аварийных режимов.
Советы по эксплуатации
- Зачастую наилучший вариант работы инвертора – работа с номинальной нагрузкой. Не стоит перегружать устройство.
- После соединения аккумулятора, инвертора и нагрузки первым следует включать инвертор. Затем остальные электроприборы.
- Необходимо обеспечить хороший отвод тепла от корпуса инвертора. Как правило, термодатчик соединён именно с корпусом преобразователя.
- Инвертор может работать от генератора автомобиля. В таком случае на время пуска двигателя автомобиля рекомендуется полностью отсоединять преобразователь. Обороты двигателя в холостом ходу должны быть повышены. Иначе энергии генератора для питания нагрузки может оказаться недостаточно и электричество будет расходоваться от аккумулятора.
Обзор инвертора напряжения 12-220 Вольт AVS Energy 2000w лучше посмотреть на видеоролике:
Выводы.
Итак, инвертор – необходимый элемент для построения простой системы автономного электропитания с использованием широко распространённых автомобильных аккумуляторов. Основные характеристики инвертора: мощность, КПД, форма выходного сигнала, наличие защит и сигнализация. Кроме подробно рассмотренных параметров немаловажным является гарантийный срок эксплуатации (1÷3 года) и популярность бренда на рынке электротехники.