Как выбрать автомобильный инвертор

Инвертор – широко применимый термин. В основном он ассоциируется с двумя определениями: электродуговой сваркой – сварочный инвертор и с преобразователем напряжения – автомобильным инвертором.

Нас как раз интересует именно автомобильный инвертор. Однако его использование одними автомобилями не ограничивается. Его можно подключить практически к любому источнику постоянного тока. Приставка «автомобильный» закрепилась за ними из-за применения в основном в сочетании с автомобильными аккумуляторами. А вот термин «инвертор» применяется из-за наличия функции преобразования тока одного рода – постоянного, в другой – переменный. При этом он еще и увеличивает напряжение на выходе.

На основе выше сказанного наиболее верным определением будет такое:

Автомобильный инвертор – электронное устройство преобразующее постоянный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Также часто автомобильный инвертор называют: инвертор напряжения, преобразователь напряжения, DC-AC преобразователь и другие.

Из-за того, что преобразовать постоянный ток (DC) в переменный (AC) намного сложнее чем переменный ток в постоянный, инвертор представляет собой достаточно сложное устройство.

Выбор мощности автомобильного инвертора один из важнейших шагов.

Теперь давайте разбираться по каждому пункту по отдельности.

Суммарная расчетная мощность потребителей

Для определения суммарной расчетной мощности стоит знать активную мощность потребителей, подключаемых через инвертор.

Взглянем на паспорт потребителя или на этикетку с его характеристиками. Мощность может быть указана либо в Ваттах (Вт, W, Wt) либо в вольт-амперах – В⋅А (VA). В первом случае мы имеем активную мощность, во втором – полную.

Если найдена только полная мощность, то рядом ищем значение коэффициента мощности потребителя. Он обозначается как «cosϕ». Если его определить не удается, то следует найти похожее оборудование и взять значение коэффициента оттуда.

Зная полную мощность и коэффициент мощности потребителя можно определить активную мощность. Для этого воспользуемся следующей формулой:

P = S*cosϕ,

где P – активная мощность, Вт;
S – полная мощность, В⋅А;
cosϕ – коэффициент мощности.

Теперь у нас два пути определения суммарной расчетной мощности, которые напрямую зависят от целей использования инвертора.

Инвертор для редкого использования

Если инвертор нужен для не частого использования, например, для поездок на природу, зарядки ноутбука или других маломощных устройств, в таком случае суммарная расчетная мощность определяется по сумме мощностей всех одновременно используемых потребителей:

ΣPр = P1 + P2 + … + Pn.

Ориентировочные значения мощности потребителей, можно найти в таблице ниже.

Ниже сравним несколько понижающих преобразователей.

Инвертор для постоянного использования

Если инвертор нужен для питания бытовых потребителей дома, дачи или кемпинга, то здесь нужно учитывать не только мощность потребителей, но и коэффициенты спроса и использования потребителей:

ΣPр = P1*Кс1*Ки1 + P2*Кс2*Ки2 + … + Pn*Ксn*Киn.

где Ки и Кс – коэффициенты использования и спроса, соответственно.

Ориентировочные значения мощности, коэффициентов использования и спроса бытовых потребителей можно найти в таблице ниже.

Режим работы потребителей

Большинство потребителей работают в нормальном режиме, настроенном производителем. То есть их потребляемая мощность практически не меняется во времени.

Однако некоторые могут менять свою мощность в процессе работы, это: мясорубки, электроинструменты и т.п. Для такого преобразователя нужно принимать завышенную в 1,5-2 раза мощность потребления.

Также нужно учитывать, что потребители с электродвигателями, в момент включения, также создают повышенную нагрузку. При этом за счет большой инертности ротора запуск и выход на рабочий режим у них достаточно длительный. А чем крупнее и мощнее двигатель – тем дольше это время. И как следствие дольше воздействие перегрузки на инвертор.

Для таких потребителей также принято завышать мощность – в 2-6 раз выше номинальной.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора учитывают если мы хотим сохранить его для длительной эксплуатации. При слишком интенсивном разряде срок службы аккумуляторов значительно сокращается. И через 2-4 цикла использования он выйдет из строя.

Обычно производители рекомендуют интенсивность разряда не более 1С (где С – емкость аккумулятора).

Например, для аккумуляторов ёмкостью 60А*ч (ампер-час) ток разряда не должен превышать 60А, что соответствует мощности 60А*12В = 720Вт. Соответственно мощность нагрузки не должна превышать этого значения.

Мощность генератора автомобиля

Чаще всего автомобильный инвертор используется с заведённым автомобилем, а это означает, что у нас есть другой источник постоянного тока с совершенно отличными, от аккумулятора характеристиками.

Автомобильный генератор вырабатывает напряжение 13,8-14.2В (для 12В бортовой сети автомобиля) с током 80-230А. Для среднего автомобиля мощность генератора составит 14В*120А = 1680Вт. В этом случае наиболее подходящим станет инвертор в 1500Вт.

Мы не рекомендуем превышать мощность генератора, так как это может негативно сказаться на оборудовании и бортовой сети автомобиля.

Работа от прикуривателя

Большинство инверторов комплектуются переходниками для подключения к бортовой сети через прикуриватель. Однако один из важнейших моментов, про которые забывают – рабочие токи автомобильного прикуривателя. При не верном подборе рабочей мощности в лучшем случае перегорит предохранитель, в худшем – случится возгорание электропроводки автомобиля.

Нужно помнить, что прикуриватель допускает токи до 10А, а в некоторых моделях автомобилей – до 15А. Это значит, к прикуривателю нельзя подключать нагрузку более 100-150Вт.

Это не означает, что в прикуриватель нельзя подключать инвертор большей мощности. Можно подключать инверторы 200Вт, 300Вт и большей мощности, однако суммарная мощность потребителей, подключенных к самому инвертору должна быть выше 100-150Вт.

Режим работы инвертора

У инверторов можно выделить три режима работы: длительный, перегрузка и пусковой режим. Каждый из них характеризуется длительностью работы и мощностью.

Длительный режим характеризуется номинальной мощностью – той, которую инвертор может выдавать продолжительное время без нарушений в работе.

Режим перегрузки. Это кратковременный режим, при котором допускается нагрузка на инвертор на 20-30% выше от номинальной мощности, и продолжительностью не более 30 минут. В этом режиме через инвертор проходят повышенные токи вызывая перегрев и ускоренный износ всех элементов.

Пусковой режим характеризуется пиковой или максимальной нагрузкой. В этом режиме на инвертор допускается двукратная, от номинальной нагрузка, продолжительностью не более нескольких долей секунды.

Чаще всего производитель указывает всего две мощности: номинальную и пиковую мощность.

Если мы посмотрим на график зависимости коэффициента полезного действия (КПД) от мощности нагрузки, то увидим, что эта зависимость нелинейная. По графику видно, что мощность перегрузки (Рмах) примерно на 25% выше номинальной (Рном). А сам график, в правой части, ограничивается пиковой – примерно двукратной от номинальной мощности (Рпик = 2*Рном). В левой части график ограничен минимальной мощностью (Рмин).

Здесь стоит отметить, что не максимальный КПД определяет номинальную мощность инвертора, а рабочие параметры его элементов. Поэтому по графику мы видим, что КПД при Рном меньше максимального, и максимум находится примерно при 30% нагрузке инвертора.

Условно рабочий режим автомобильного инвертора ограничен минимальным КПД, примерно в 80%. При снижении нагрузки менее Рмин, происходит резкое падение КПД и увеличение доли собственных потерь инвертора.

Но почему же нельзя использовать инвертор во всем диапазоне до Рпик, ведь при увеличении нагрузки выше номинальной КПД падает достаточно плавно? А все потому, что здесь сильное влияние оказывает тепловыделение элементов инвертора. С ростом нагрузки – увеличиваются протекающие через элементы токи и как следствие происходит увеличение потерь, что как раз проявляется в перегреве элементов инвертора.

В действительности это участок все же используется, но только на максимально краткие промежутки времени – доли секунды. Такие моменты возникают в процессе включения или отключения. Это и есть – пусковой режим.

Как и любые преобразователи напряжения – инверторы характеризуются входным и выходным номинальными напряжениями.

Производители предлагают нам широкий выбор номиналов входных напряжений, а именно 12В и 24В. Но также существуют и инверторы с входным напряжением на 36В, 48В и даже 60В, однако такие напряжения используются либо для питания инверторов от блока аккумуляторов (3-5 шт.) либо их использования совместно с солнечными панелями.

Выходное напряжение автомобильного инвертора подбирается под номинальное напряжение, используемое потребителем. Обычно это принятое стандартом сетевое напряжение в стране. Например, для Канады, США, Центральной Америки и Японии сетевое напряжение составляет 110В или 120В, а для остальных стран, в том числе и для России – 220В, 230В или 240В.

Также такой показатель инвертора как отклонение номинального напряжения. Его значение указывается в процентах, например, «230V±10%». У лучших инверторов отклонение напряжения не превышает 5%.

Частота сети влияет не на все бытовые приборы. Для многих, не обладающих электронными компонентами приборов, она не важна. Однако электродвигатели и вся электроника очень чувствительна к частоте тока. Неверно подобранная частота инвертора приводит к нестабильной работе или отказу автоматики и электроники, а также изменению скорости вращения или не запуску электродвигателей.

Поэтому выбирая рабочую частоту инвертора нужно опираться на значения, рекомендованные производителем техники. Как и напряжение, номинальные значения частоты, устанавливается государственным стандартом в каждой стране. В большинстве стран, том числе и в России, сетевая частота тока равна 50 Гц. Однако некоторые страны используют частоту в 60 Гц. Это учитывается если планируется использовать зарубежную технику.

Также нужно обращать внимание на отклонение частоты. Оно измеряется в герцах и указывается в техническом паспорте инвертора, например, «50±3Hz». Для ответственных потребителей лучше подбирать инвертор с минимальным показателем отклонения частоты.

У современных инверторов можно выделить две формы синусоидальной волны: модифицированная и чистая волна.

Модифицированная синусоидальная волна (Modified Sine Wave) имеет ступенчатую или близкую к ней форму. Некоторые модели инверторов, могут иметь более сложную форму волны. Но общее, что объединяет их – резкое изменение амплитуды волны.

Инверторы с чистой синусоидальной волной (Pure Sine Wave) имеют дополнительные блоки фильтрации сглаживающие выходное напряжение. Поэтому их форма выходного напряжения близка к настоящей синусоиде.

Чувствительность инвертора

Учитывать форму выдаваемого инвертором напряжения важно в первую очередь потому, что некоторые потребители чувствительны к ней.

Если потребители не чувствительны или малочувствительны к форме синусоиды, то вполне подойдут инверторы с модифицированной синусоидой, как например SUREDOM YSCZ-1000W. В противном случае лучше выбрать инвертор с чистой синусоидой, например SUREDOM CZXB-1000W.

Также стоит также обратить внимание на такой показатель инвертора как коэффициент нелинейных (или гармонических) искажений (КНИ или THD). Он показывает уровень искажения и синусоидальности выходного напряжения. Большинство инверторов выпускаются с КНИ в 5%. Однако инверторы с чистой синусоидой имеют более качественные выходные фильтры, что позволяет достигать значений КНИ в 3%.

Если мы вспомним как зависит КПД от мощности, то обратим внимание, что выделить на нем конкретное значение сложно.

Тогда какой коэффициент полезного действия указывается на инверторе: минимальный, номинальный или максимальный?

На самом деле это уже решает сам производитель инверторов.

Минимальный КПД обычно не указывают, так как это не привлекательно, с коммерческой точки зрения. Поэтому обычно это либо максимальный КПД инвертора, либо КПД при номинальной мощности.

В первом случае производители указывают конкретное значение, например, «90%», а во втором указывается диапазон, например, «> 85%» (более 85%). Но в любом случае все современные инверторы имеют КПД не менее 80%, что уже достаточно хороший показатель.

Защита важный элемент любого прибора. Она предназначена не только для сохранности инвертора, но и в первую очередь для безопасности человека.

Если раньше наличие дополнительных защит в технике считалось удорожающим фактором, то в настоящее время дешевизна электронных компонентов позволяет применять все современные защиты независимо от уровня автомобильного инвертора.

Корпус одна из немаловажных деталей любого инвертора.

Все современные добросовестные производители выпускают инверторы только в алюминиевых корпусах. Это обеспечивает жесткость конструкции и высокую ударопрочность. Также алюминиевый корпус инвертора позволяет эффективно отводить тепло, пожаробезопасен и стоек к коррозии.

Если вам попался инвертор в пластиковом корпусе, то мы не рекомендуем его приобретать. Скорее всего он «кустарного» производства, а его качество вызывает большие сомнения.

Пассивное охлаждение применяется в установках мощностью до 300-500 Вт. В такой системе нет принудительного охлаждения, а тепло от элементов инвертора отводится за счет естественной циркуляции воздуха.

В активной системе охлаждения применяются 1 или 2 вентилятора продувающих воздух сквозь весь инвертор. В таких системах вентилятор включается сразу, при подаче питания на вход инвертора.

Интеллектуальная система отличается от предыдущей наличием температурного датчика. Он отслеживает температуру основных элементов инвертора и включается при превышении порогового значения. Управление работой вентиляторов позволяет значительно экономить потребление на собственные нужды.

USB-выход

На инверторе их может быть 1 или 2 USB-выхода. Его питание идет через отдельную схему DC-DC преобразователя, что более экономично чем двойное преобразование напряжения 12В - 220В - 5В. Также наличие USB-выхода позволяет освободить AC-выход для подключения других устройств.

LED-индикатор

Светодиодные индикаторы устанавливаются для простейшей сигнализации режимов работы инвертора. Обычно их два: красный (сработала защита инвертора) и зеленый (инвертор работает в обычном режиме).

Дополнительный AC-выход

Часто инвертор имеет только один розеточный выход, но это не удобно, когда нужно включить два потребителя одновременно. Поэтому некоторые инверторы конструируются с двумя розеточными AC-выходами.

ЖК экран

Им обычно комплектуются инверторы средней и высокой стоимости. Чаще всего на экран выводятся значения выходного напряжения, тока и частоты.

AC-вход

Такой вход выполняют на инверторах, предназначенных для работы в качестве источника бесперебойного питания (ИБП). Такие инверторы автоматически подключают питание от аккумуляторной батареи при пропадании напряжения на AC-входе. Также в них встроена система контроля заряда аккумулятора.