Питание бытовых приборов на 220 Вольт от автомобильного инвертора 12 Вольт
Устройства, выпускаемые для использования в автомобиле (магнитолы, телевизоры, автонасосы и пр.), рассчитаны на питание от 12 В, они обычно снабжены переходниками для подключения к 12 В через гнездо прикуривателя. Как же быть в ситуациях, когда требуется включить обычный бытовой прибор, требующий напряжения 220 В, если поблизости, кроме автомобиля (его аккумулятора), нет никаких источников «электричества»? Не возить же с собой повсюду бензоэлектрогенератор — громоздкий, тяжелый, требует запаса топлива, да и время готовности у него, мягко говоря, не маленькое.
Выручат в этих случаях инверторы — преобразователи энергии, превращающие постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В (частотой 50 Гц).
Главное условие для работы автомобильного инвертора — наличие автомобильного аккумулятора достаточной емкости. Инверторы с допустимой мощностью потребителей до 200 Вт подключаются с помощью соответствующего разъема к гнезду прикуривателя автомобиля, более мощные модели (свыше 200 Вт) — непосредственно к клеммам АКБ автомобиля с помощью поставляемого в комплекте кабеля большого сечения с аккумуляторными зажимами на конце.
В «ранних» моделях инверторов мощный генератор напряжения частотой 50 Гц работал на низкочастотный повышающий трансформатор. С вторичной обмотки трансформатора снималось выходное напряжение 220 В. В более поздних моделях высокочастотный генератор (от 20 до 100 кГц) работает уже на импульсный повышающий трансформатор. С выхода трансформатора напряжение выпрямляется, фильтруется и далее уже коммутируется мощными транзисторами с частотой 50 Гц.
Первый тип преобразователя напряжения имеет большие габариты и вес из-за массы низкочастотного трансформатора, но надежен, имеет хорошую перегрузочную способность и ремонтопригодность. Второй — значительно дешевле и легче. Правда, создает ВЧ-наводки и помехи, а ремонтопригодность оставляет желать лучшего. Для подавления помех может потребоваться дополнительный фильтр.
Инверторы также различаются по форме генерируемого переменного напряжения. Многие из них выдают так называемую «модифицированную синусоиду«, скорее напоминающую меандр.
Такие инверторы подойдут для питания большинства обычных бытовых приборов: утюгов, электрических плиток, электроинструмента и т.д.
В качестве примера можно привести линейку преобразователей серии «Car». Их параметры приведены в табл.1
а внешний вид у них такой:
Но существуют бытовые приборы, требовательные к форме напряжения (телевизоры, аудиотехника, приемники, трансиверы и пр.). Для них выпускаются инверторы с синусоидальным выходным напряжением, максимально приближенным по форме к напряжению в бытовой электросети. Конечно, эти инверторы сложнее в производстве и, соответственно, дороже.
Чтобы преобразователь смог обеспечить работу подключаемых приборов, необходимо хотя бы приблизительно рассчитать суммарную нагрузку и выбрать инвертор необходимой мощности. Потребляемую мощность электроприбора обычно маркируют на задней панели или указывают в технической документации. В расчетах следует учесть, что при одновременном подключении нескольких приборов (через тройник или удлинитель) общая потребляемая мощность суммируется.
Бытовые электроприборы по характеру нагрузки можно разделить на две группы.
Первая группа — это приборы, мощность которых практически постоянна. К ним относятся лампы, нагреватели, телевизоры, компьютеры и т.п. Для приборов этой группы можно выбирать инвертор с максимально допустимой мощностью, немного превышающей номинальную мощность приборов.
Вторая группа характеризуется тем, что стартовая нагрузка электроприборов при включении может превышать постоянную нагрузку в несколько раз (холодильники, насосы, электродвигатели и пр.). Современные преобразователи напряжения имеют защиту от перегрузок, которая постоянно срабатывает при включении таких электроприборов, если мощность инвертора выбирается исходя из номинальной мощности нагрузки. Следовательно, для такого оборудования лучше ориентироваться на двойной или даже на тройной запас по мощности инвертора.
Следует учитывать и то обстоятельство, что мощность, указанная на инверторе, — величина весьма приблизительная. Например, купив инвертор «Rovermate Nod 12/220-350» с выходной мощностью 350 Вт, я был уверен, что его вполне хватит не только для питания ноутбука, но и (при необходимости) на освещение лампочкой накаливания (220 В/60 Вт). Но мои надежды не оправдались. Инвертор такую нагрузку «не тянул»: срабатывала внутренняя защита и отключала его. В результате, потребовался инвертор с «нарисованной» (китайскими производителями) мощностью 450 Вт.
Подключение нагрузки к инвертору ведет к разрядке автомобильного аккумулятора, поэтому важно, чтобы инвертор имел функцию автоматического отключения при достижении на входе (клеммах АКБ) минимально допустимого напряжения (10,5±0,5 В).
В табл.2 приведена требуемая емкость автомобильного аккмулятора в зависимости от мощности нагрузки и инвертора.
Время работы электроприбора Т от инвертора, подключенного к аккумулятору, зависит от потребляемой мощности электроприбора, емкости аккумулятора, коэффициента полезного действия инвертора (КПД) и рассчитывается по формуле: Т = 12*С*(КПД/Р) час,
где 12 — напряжение аккумулятора Вольт; С — емкость аккумулятора А-час; Р — мощность нагрузки Вт.
Для приборов, потребляющих постоянную мощность, равную номинальной (обозначенной на них), примерное время работы можно рассчитать по формуле Т=(8,5*С)/Р час,
где С — емкость батареи А-час; Р — мощность подключенных устройств Вт.
Время работы электроинструмента, т.е. приборов, потребляющих номинальную мощность только в момент включения (прикладывания нагрузки), рассчитать сложнее, т.к. обычно процессы сверления, шлифования и пр. довольно кратковременны. Энергии аккумулятора, как правило, хватает на продолжительное время работы. Приблизительная формула для расчета: Т=(17*С)/Р час,
где С — емкость аккумулятора А-час; Р — мощность подключенных устройств, Вт.
Следует помнить еще, что аккумуляторы обладают так называемой «остаточной емкостью». Например, если, используя аккумулятор емкостью 90 А-час, «погонять» газонокосилку мощностью 1 кВт в течение 45 мин, инвертор выключится, поскольку напряжение АКБ «сядет». Но уменьшив нагрузку до 500 Вт (подключив, скажем, дрель), можно поработать ею столько же. Потом можно подключить нагрузку 300 Вт, затем 130, 60, 30 Вт и т.д. Конечно, расходование 100% энергии аккумулятора не рекомендуется, т.к. его ресурс в этом случае сокращается.
При длительном (более 2 час) подключении инвертора с достаточно мощной нагрузкой к аккумулятору (при неработающем двигателе) он заметно разряжается. Для примера, в табл.3 и 4 представлены расчетные значения времени разряда АКБ в зависимости от мощности потребителя энергии (для полностью заряженной АКБ «СТ-55» номинальной емкостью 55 А-час).
При разрядке аккумулятора требуется заводить двигатель (примерно раз в 2 часа) и давать ему поработать на холостом ходу 10… 15 мин. При этом заряд аккумулятора осуществляется от генератора автомобиля током 30…40 А, что систематически делать нежелательно (для сохранения АКБ).
На холостых оборотах двигателя (примерно 750 об/мин) мощность автомобильного генератора составляет 300…550 Вт (ток 20…40 А), при средних оборотах (2000.. .3000 об/мин) — 560.. .1400 Вт, что соответствует при номинальном напряжении (12…14 В) току 40… 100 А. Для собственных нужд двигателя с классической системой зажигания требуется около 60 Вт (ток 4 А), с инжекторной — до 200 Вт (12. ..14 А). На остальных потребителей «зарезервировано» на холостом ходу 140…280 Вт (максимум 20 А). Вот этим «резервом» и может питаться инвертор.
При увеличении оборотов двигателя до 2000 об/мин и выше мощность генератора быстро возрастает, но питать инвертор, постоянно газуя (с перерасходом топлива) — не выход из положения. Такой режим можно рекомендовать только на крайний случай.
Источник
Резервное питания для загородного дома (дачи)
Рассмотрим вопрос того, как обеспечить себе бесперебойное электроснабжение при периодическом отключении городской линии питания для загородного дома, будь то большой коттедж или просто дача. Для квартир, кстати, тоже может быть актуально.
Пусть ситуация такова, что городское питание есть, но оно может отключаться как кратковременно (до часа), так и на весь день. А поскольку хочется, чтобы работали телевизор, холодильник, освещение и розетки, то надо озаботиться резервным питанием.
Я уже писал несколько статей про целесообразность солнечных батарей, и мы пришли к выводу о том, что солнечные батареи имеют смысл только если основного питания нет и не предвидится, а потребность в электричестве у нас очень маленькая (лампочка и розетка для ноутбука). Либо система солнечной электростанции будет достаточно дорогой (от миллиона рублей).
Для нашей задачи «питание есть, но отключается», солнечные батареи дадут немного энергии в летний период, но их установка никак не оправдывает себя по сравнению с системой «инвертор + аккумуляторы».
Итак, что представляет собой необходимая нам система.
В центре системы стоит инвертор. Инвертор — это устройство, которое выполняет три функции:
- При наличии города заряжает аккумуляторы и даёт питание на потребителей в доме
- Генерирует из постоянного напряжения аккумуляторов переменное напряжение 230В для питания дома
- Автоматически переключает питание потребителей на аккумуляторы и обратно
Собственно, в инверторе есть блок питания, который делает из 230В 12 либо 24 либо 48 вольт постоянного тока для заряда аккумуляторов. Также там есть схема, которая из постоянного напряжения аккумуляторов делает 230В переменного тока, отсюда и название «инвертор» — он меняет направление тока 50 раз в секунду для генерации переменного.
Есть инверторы дешёвые, которые выдают на выходе модифицированный синус. То есть, синусоида получается ступенчатой, как на картинке.
Дешёвый инвертор — это, например, инвертор автомобильный, который вставляется в прикуриватель и из 12В делает 230В для работы ноутбука. Или более крупные и мощные инверторы, но недостаточно дорогие. Такой сигнал плох для техники, имеющей преобразователи питания, так как эти преобразователи от такого сигнала сильно греются (не буду сейчас объяснять почему, это не относится к теме) и их срок службы сокращается. Хорошие инверторы выдают сигнал «чистый синус», качество которого регламентируется ГОСТом, как правило, качество чистого синуса из инвертора даже выше качества сигнала городской линии.
Так вот, инвертор при наличии города заряжает аккумуляторы, а при пропадании города их разряжает. Причём хороший инвертор переключается почти мгновенно, даже компьютер перезагрузиться не успеет.
Я считаю, что лучшие из российских инверторов — МАП Энергия, они производятся в Москве.
К инвертору подключаются город, дом и аккумуляторы.
Инверторы есть на 12, 24 и 48 вольт — это поддерживаемое ими напряжения массива аккумуляторов. Аккумуляторы резервного питания обычно 12-вольтовые, соответственно, чтобы получить 48 вольт, нам надо взять 4 аккумуляторы, 24 вольта — 2 аккумулятора. Я чуть позже напишу, как считать количество аккумуляторов, но сейчас важно знать, что если аккумулятора нам по расчётам надо 4, то лучше брать 48-вольтовый инвертор. Больше напряжение — меньше ток в проводах, значит, меньше потери напряжения и нагрев проводов.
Если нам нужно резервировать 3-фазную сеть питания дома, то нужны три инвертора. Можно использовать один массив аккумуляторов. Инверторы МАП Энергия умеют работать с 3-фазной сетью, их надо соединить между собой кабелем, чтобы они синхронизировались.
Помимо основных перечисленных выше функций хороший инвертор делает следующие полезные вещи:
- Контроль мощности потребления дома
- Логгирование данных и передача их на компьютер
- Контроль уровня заряда аккумуляторов, чтобы не разряжать их в ноль (это плохо для них)
- Автозапуск генератора, когда аккумуляторы садятся
Для последнего пункта — автозапуска генератора — требуется, чтобы генератор мог запускаться по сигналу типа «сухой контакт». На инверторе есть реле, которое включается и выключается при необходимости запустить или заглушить генератор.
По сравнению с системой резервного питания «просто генератор» система «инвертор + аккумуляторы» имеет такие преимущества:
- инвертор переключает мгновенно. А генератор с автозапуском запускается секунд 20 или больше.
- инвертор сам переключает линии питания, а генератору нужен щит АВР (автоввода резерва)
- инвертор бесшумный, а генератор сами знаете
- инвертор и аккумуляторы можно поставить в доме, они ничего не выделяют в воздух. Генератору нужно отдельное помещение или навес.
- генератор дымит
- генератор требует бензин и масло
- срок службы генератора меньше срока службы инвертора и гелевых аккумуляторов
Важно оговориться, что если нам нужно много электричества (например, электронагреватели или мощные холодильники), то аккумуляторы нас не спасут, тут генератор нужен. Аккумуляторы — это для резерва на время кратковременных отключений.
Считаем количество аккумуляторов
Ёмкость аккумуляторов считается в ампер-часах. Автомобильный аккумулятор — это, как правило, 52 или 60 АЧ. Аккумулятор маленькой машины типа Daewoo Matiz — 40АЧ. Кстати, для резервного питания можно использовать автомобильные аккумуляторы, но у них срок службы 4-5 лет и их нельзя ставить в помещение — выделяют. Специальные аккумуляторы для систем резервного питания служат 10-12 лет, полностью герметичны и не требуют обслуживания.
Аккумуляторы резервного питания имеют ёмкость до 250АЧ. Самые распространённые — 200АЧ. Вес такого аккумулятора около 65 кг.
Напряжение аккумулятора 12 вольт. Разряжается он не в ноль, а, скажем, до 10% ёмкости. Получается, что в аккумуляторе запасено 2160 Вт-часов электроэнергии. КПД хорошего инвертора МАП Энергия 96%, значит, фактически 200АЧ аккумулятор даст нам 2073 Вт-часов электроэнергии. Это означает, что холодильник со средним потреблением 100Вт-часов проработает 20 с небольшим часов от одного такого аккумулятора. Если среднее потребление дома посчитать как холодильник (небольшой и современный) + несколько светодиодных лампочек + небольшой телевизор + розетка для ноутбука, то получаем примерно 3 часа работы. Ставим 4 аккумулятора — получаем 12 часов автономной работы.
Если использовать какой-то мощный прибор, например, чайник на 1600Вт, который кипятит воду за 5 минут, то он израсходует 133 Вт-часов электроэнергии из аккумуляторов. Вот такой расчёт. Нужно сориентироваться, сколько ватт-часов электроэнергии нам необходимо для резерва, понять, в скольких аккумуляторах они содержатся, подобрать инвертор на соответствующее напряжение и максимальную мощность дома.
Общий бюджет системы складывается из:
- аккумуляторов
- инвертора
- клемм на аккумуляторы
- УЗИП — устройство защиты от импульсных помех, очень полезная вещь
- кабеля от инвертора до аккумуляторов нужного сечения
Если в какой-то момент поймёте, что аккумуляторов не хватает, можно поставить ещё столько же параллельно. Можно добавить в систему солнечные батареи, подключив их через контроллер к аккумуляторам. Можно добавить генератор, который будет запускаться по сигналу от инвертора.
Можно при помощи инвертора и батарей зарезервировать не весь дом, а какую-то ветку электроснабжения: слаботочный шкаф, аварийное освещение, газовый котёл, насосы и так далее.
195,488 просмотров всего, 410 просмотров сегодня
Источник