Инвертор с функцией Power Control

Количество электроэнергии, потребляемой на борту автодома или катера, сильно колеблется в течении суток. В какие-то моменты потребление опускается почти до нуля, а в какие-то увеличивается в несколько раз по сравнению со средним значением.

DC электросистема

В DC электросистеме, все вырабатываемое на борту электричество имеет только постоянное напряжение. Переменное напряжение береговой сети, также преобразуется в постоянное при помощи AC-DC зарядного устройства. Все источники напряжения, такие как генератор двигателя, солнечные панели и береговое зарядное подключаются к общей шине. От шины электричество поступает к бортовым потребителям. К DC устройствам напрямую, а к АС через инвертор.

Количество вырабатываемого и потребляемого на борту электричества не обязательно в точности совпадает. Поэтому для непрерывной работы системы в ней должно присутствовать устройство накапливающие электроэнергию тогда, когда ее произведено слишком много и отдающее, когда ее недостаточно. Таким накопителем или буфером в DC электросистеме является сервисная аккумуляторная батарея, которая также подключается к общей шине

Чем больше на борту бытовой техники, чем она мощнее и чем чаще используется, тем большая нагрузка переносится из части переменного напряжения электросистемы в часть постоянного. Это приводит к росту дисбаланса между производством и потреблением. Повысить выработку электричества на транспортном средстве сложно, поэтому приходится увеличивать емкость аккумуляторной батареи, чтобы с ее помощью компенсировать разрывы.

AC электросистема

АС электросистема основана не на постоянном, а на переменном напряжении. В автономном режиме его источником является установленный на борту бензиновый или дизельный генератор, а на стоянке береговая электрическая сеть. Сеть и генератор ни при каких обстоятельствах не должны работать одновременно, поэтому к бортовой сети они подключаются через переключатель, автоматически выбирающий один из двух источников питания. Как генератор, так и береговое подключение должны быть рассчитаны на самую высокую ожидаемую нагрузку в бортовой сети.

Часть постоянного напряжения и сервисный аккумулятор в АС электросистеме также присутствуют. Но теперь в нее входят лишь освещение и другие маломощные устройства, поэтому для их питания требуется аккумуляторная батарея гораздо меньшей, чем в предыдущем случае, емкости. Соответственно менее мощным должно быть и предназначенное для ее зарядки AC-DC устройство

AC электросистема с инвертором

У AC электросистемы есть очевидные недостатки. Для того чтобы в любой момент электричество на борту было доступно, генератор должен работать постоянно. Невзирая на то, сколько устройств включено в сеть в настоящий момент и сколько процентов от номинальной составляет потребляемая или мощность.

Такой режим работы генератора крайне неэффективен. Удельный расход топлива (количество топлива на выработку 1кВтч электроэнергии) увеличивается, генератор быстрее изнашивается и требует более частого технического обслуживания. Не говоря уже о том, что постоянно работающий генератор не доставляет удовольствия находящимся рядом с ним людям. Чтобы убрать шум и сэкономить топливо генератор приходится глушить, а перед тем, как в очередной раз включить, например чайник, запускать вновь

Ситуацию можно улучшить, если к АС электросистеме добавить инвертор. Тогда большую часть времени бортовое оборудование через инвертор станет потребляет энергию, запасенную в аккумуляторах, а генератор нужно будет запускать только перед включением мощных устройств, таких как стиральная машина или кондиционер. Одновременно с бытовыми приборами генератор также будет питать AC-DC зарядное, которое подзарядит аккумуляторную батарею. Платой за короткие периоды работы генератора станет большая емкость аккумуляторной батареи.

Система, в которой бортовое оборудование попеременно питается то от генератора, то от аккумуляторной батареи (через инвертор) гораздо практичнее, чем с «чистым» генератором. Однако и ее можно усовершенствовать

Инвертор Power Control

Чем меньше времени работает генератор, тем выше эффективность электросистемы.  Минимальным время работы генератора окажется в том случае, если несколько бортовых устройств, в том числе AC-DC зарядное, будут работать одновременно, а не по очереди.

Функция PowerControl, которой оснащаются некоторые комбинированные с зарядными устройствами инверторы, помогает добиться этого. Модуль PowerControl постоянно контролирует выходной ток генератора и автоматически регулирует мощность, идущую на зарядку аккумуляторов так, чтобы общая нагрузка генератора оставалась в заранее установленных пределах.

Рассмотрим пример, поясняющий принцип работы устройства с Power Control

На транспортном средстве установлен генератор и комбинированный c зарядным устройством инвертор TBB Power Energier Mobile СС3.0L. Максимальный зарядный ток CC3.0L – 150 А. Инвертор подключен к LiFePO4 аккумуляторной батарее TBB Power M12-200. Емкость аккумулятора 200 Ач напряжение 12 Вольт

Генератор используется для питания небольшой стиральной машины, потребляющей 2 кВт при включенном водонагревателе и 150 Вт тогда, когда работает только двигатель, вращающий барабан. Средняя нагрузка: 500 Вт. Ожидаемая максимальная нагрузка в бортовой сети переменного напряжения — 2 кВт для стиральной машины плюс 2,1 кВт для подзарядки аккумулятора (150 А x 14,2 В = 2,1 кВт).

Для того чтобы одновременно стирать белье и заряжать аккумулятор потребуется генератор с минимальной непрерывной мощностью: 2 + 2,1 = 4,1 кВт. Однако, чтобы не перегружать генератор, правильнее будет выбрать модель мощностью 5 кВт.

В качестве альтернативы подойдет генератор с непрерывной мощностью 2 — 3 кВт. Однако он не «потянет» оба устройства одновременно, поэтому перед включением стиральной машины зарядку придется останавливать и возобновлять после того, как стирка закончится. Это увеличит время работы генератора и приведет к тому, что его средняя нагрузка во время стирки составит всего 500 Вт или 17% от непрерывной мощности

Инверторы с функцией Power Control

Функция Power Control позволяет генератору мощностью 3 кВт одновременно питать и стиральную машину и зарядное устройство. Для этого в программе настройки зарядного устройства TBB Link необходимо установить максимальный ток генератора равным, например, 10,5 А. При таком токе выходная мощность генератора останется в безопасном диапазоне (10,5 А x 230 В = 2,4 кВт), и составит 80 % от номинальной мощности 3 кВт. После запуска генератора СС3.0L автоматически переключится из режима инвертора в режим зарядного устройства и начнет заряжать аккумулятор током 150 А.

Если затем включить стиральную машину, то возникнет следующая ситуация. 80 % времени у машины работает только двигатель, и она потребляет 150 Вт. В эти периоды общая нагрузка на генератор (стиральная машина + зарядное устройство) равна 150 Вт + 2,1 кВт = 2,25 кВт. Это меньше заданного предела в 2,4 кВт, поэтому Еnergier Mobile продолжит заряжать аккумуляторную батарею током 150 А

Как только в стиральной машине включится водонагреватель (20 % времени), потребляемая ею мощность вырастет до 2 кВт, и на зарядку аккумулятора останется 2,4 кВт – 2 кВт = 400 Вт. Обнаружив рост нагрузки, Energier Mobile автоматически снизит зарядный ток приблизительно до 400 Вт/14,2= 28 А.

LiFePO4 аккумуляторы можно заряжать очень высоким током не боясь повредить их

Приведенный пример показывает, что благодаря функции PowerControl генератор используется гораздо эффективнее. В течении 80 % времени работы стиральной машины Еnergier Mobile заряжал аккумулятор максимальным током. Зарядное устройство без PowerControl оставалось бы выключенным на протяжении всей стирки.

По тому же принципу PowerControl работает и со стационарной сетью. Разница лишь в том, что ограничение необходимо устанавливать на уровне или чуть ниже номинала автоматического выключателя, защищающего береговую розетку. При этом автомат должен выдерживать ток, потребляемый самым мощным бортовым оборудованием, которым в приведенном примере является стиральная машина.  Этот ток равен  2 кВт/(220 В*0,8) = 11,3 А.

Однако часто на организованных стоянках, кемпингах или маринах стоят автоматические выключатели меньшего номинала, например 6 или 10 А. Очевидно, что в таких местах бортовая стиральная машина работать напрямую от стационарной сети не сможет. Поскольку заменить автоматический выключатель невозможно, необходимо к мощности сети, добавить мощность от другого, расположенного после бегового автомата, источника переменного напряжения. Такую задачу решает инвертор с функцией Power Assist