Авария на городской подстанции, обрыв кабеля на линии, аномальные погодные условия и ещё десятки, если не сотни, причин ухудшают параметры сетевого напряжения либо оставляют предприятие без электроснабжения.
Представьте себе: один миг — и производственное оборудование начинает работать на пониженной мощности, перегреваться или вовсе замирать, уходя в ошибку. В итоге цех парализован, работа стоит, сроки горят, а вот убытки… убытки и уровень стресса руководителей растут!
Отметим, что снижение выработки или вынужденный простой – ещё не самые тяжёлые последствия проблем с электросетью. Хуже, если сильный скачок напряжения повредит чувствительную электронику, входящую в состав современных станков, машин и механизмов. Убытки в ситуации, когда оснащение производственной площадки требует затратного ремонта или бесповоротно превращается в груду металлолома, выше потерь, возникающих при переносе или даже срыве отгрузки!
Не менее болезненной для предприятия становится и ситуация с потерей критически важной информации, произошедшая по причине сбоя в электропитании компьютерного и серверного оборудования. Клиентская база или свод технологической документации собирается годами, а теряется – за мгновение. И виной всему будет безымянный электрик, включивший не тот рубильник на далекой-далекой подстанции.
Защитить оборудование и информацию, сохранить запланированные объёмы производства, избежать непредвиденных расходов, а значит, и сберечь нервы руководителя помогут специальные технические средства. Они призваны минимизировать или полностью исключить ущерб от возможных проблем с качеством электропитания. В число таких средств входят инверторы напряжения – именно об этих приборах мы сегодня и поговорим.
В нашей статье расскажем о назначении, принципе работы и видах инверторов. Кроме того, мы расскажем про их совместное использование с выпрямителями в составе выпрямительно-инверторных систем электропитания.
Общие сведения об инверторах
Типовой инвертор – это устройство, предназначенное для преобразования постоянного напряжения в переменное (DC→AC).
Значение номинального входного напряжения – это обычно одна из величин ряда: 12, 24, 48, 60, 220 В. Однако существуют модели, предназначенные и для других номиналов, а также универсальные решения, рассчитанные сразу на несколько номинальных входных напряжений.
На выходе инверторы, по крайней мере ориентированные на российские электросети, формируют либо однофазное напряжение – 220 или 230 В, либо, реже, трёхфазное – 380 или 400 В.
⇒ Современные модели часто поддерживают пользовательскую настройку выходных параметров. Диапазон регулирования в таком случае определяется возможностями конкретной модели.
Некоторые инверторы помимо Входа DС имеют Вход АС и, следовательно, способны работать с поступающим от внешнего источника переменным напряжением (подробно о разновидностях инверторов мы поговорим в отдельном разделе).
Принцип работы инверторов напряжения
Информация в этом блоке будет представлена кратко – в противном случае нам пришлось бы пересказать значительную часть вузовского курса электротехники и электроники.
⇒ Если вам необходим более глубокий разбор функционирования инвертора со схемотехникой, математическим описанием и физическим обоснованием каждого этапа, то рекомендуем обратиться к специализированным изданиям электротехнического цикла.
Итак, принцип работы современных инверторов – тезисно:
- Поступающая на Вход DС электроэнергия подается на внутреннюю силовую часть.
- Полупроводниковые ключи силовой части преобразуют постоянное напряжение в переменное, которое затем, проходя через фильтры, а также различные вспомогательные компоненты и цепи, приобретает необходимую форму, частоту и значение.
- На Выход AC поступает «итоговое» переменное напряжение с номинальными параметрами и формой.
Процесс управления выполняется высокоточным контроллером и длится непрерывно (при условии наличия на Входе DC напряжения с допустимой величиной).
Виды инверторов напряжения
Выделим несколько основных категорий:
1. Автономные (иначе независимые или off-grid) – соответствуют классическому понятию инвертора (вход DС – выход AC). Такие приборы работают только от источника постоянного тока – без связи с переменной сетью.
2. Инверторы с байпасом – это устройства, имеющие подключаемую к сети переменного тока цепь байпаса.
Конкретная задача цепи зависит от модели инвертора, но в любом случае реализуется один из двух вариантов:
- защита силовой части: основное питание идет от входа DC, а переход на байпас выполняется либо при выходе параметров источника постоянного тока из допустимого диапазона, либо при неисправности или перегрузке силовой части;
- питание нагрузки напрямую от сети, пока параметры переменного напряжения находятся в пределах нормы.
3. Сетевые (они же grid-tied, зависимые или ведомые) – требуют обязательного подключения к сети переменного тока, которая задает параметры их выходного напряжения. Их назначение – не автономная работа от источника постоянного тока, а передача сформированного переменного напряжения во внешнюю сеть с целью её подпитки дополнительной мощностью.
⇒ Grid-tied-инверторы не предназначены для работы в условиях отсутствия либо критического отклонения переменной сети и не рассматриваются как средство для защиты от проблем с качеством электропитания!
4. Гибридные – включают функционал автономных и сетевых инверторов. Способны питать нагрузку и от переменной сети, и от источника постоянного тока с отдачей излишков мощности в сеть.
Комментарий эксперта по выбору инвертора
Процесс выбора инвертора проходит в два этапа.
На первом – выбираем вид устройства:
- сетевые и гибридные инверторы – используются в первую очередь в системах питания с солнечными панелями и теоретически позволяют владельцам продавать часть сгенерированной электроэнергии энергосбытовой организации (на практике необходим соответствующий договор, двунаправленный счетчик и главное – уровень потребления находится ниже уровня генерации);
- автономные инверторы с входным напряжением 12 В – чаще всего рассчитаны на подключение к автомобильным аккумуляторам;
- автономные инверторы с входным напряжением ≥ 24 В, а также решения с цепью байпаса – обычно применяются в составе выпрямительно-инверторных систем электропитания для телекоммуникационного, связного и промышленного оборудования (рассмотрим такие системы в отдельном разделе).
⇒ На рынке представлены инверторы, предназначенные для различных сфер! Изучайте техническую документацию и уточните заявленную область применения!
Второй этап заключается в подборе конкретной модели инвертора по основным параметрам:
- номинальному напряжению источника постоянного тока;
- характеристикам нагрузки: фазности, максимальной потребляемой мощности, требованиям к форме и точности питающего напряжения;
- условиям на объекте планируемой эксплуатации: температуре, количеству свободного пространства, присутствию агрессивных воздействий и т.д.;
- требованиям к интерфейсам удалённого мониторинга (при наличии).
⇒ При возникновении сложностей и вопросов рекомендуем обращаться за консультацией к специалистам!
Выпрямительно-инверторные системы электропитания. Общие сведения
Главные элементы подобных систем – это выпрямительный блок, аккумуляторные батареи и инверторы (от одной штуки и более).
В классической системе выпрямительный блок – это отдельное устройство, необходимое для преобразования, поступающего из внешней сети переменного напряжения в постоянное (AC→DС), которое в дальнейшем используется для заряда аккумуляторных батарей и питания инверторов.