Как выбрать автомобильный инвертор

Если во время путешествия на автомобиле вам нужно заряжать аккумуляторы ноутбука и электроинструмента или вы хотите пользоваться кофемашиной и телевизором, то вам не обойтись без инвертора. Современные автомобильные инверторы имеют мощность от 200 Вт до 5 кВт, весят от 2,5 до 20 кг и обладают широким набором дополнительных возможностей. При таком разнообразии выбрать подходящую модель для конкретной задачи не так просто.

Синусоидальный или модифицированный инвертор

Инвертор – это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное. Переменное напряжение в стационарной электрической сети изменяется по синусоидальному закону, но форма выходного напряжения инверторов не всегда совпадает с сетевым. Вместо плавной синусоидальной кривой на выходе инвертора может быть прямоугольная волна. В зависимости от формы напряжения все преобразователи постоянного напряжения в переменное делят на две группы – инверторы с чистой и модифицированной синусоидой

Инвертор с модифицированной синусоидой

Переменное напряжение на выходе инвертора получают из постоянного с помощью транзисторов, которые под воздействием управляющих сигналов переключаются между проводящим и запертым состояниями. Поэтому в простейшем инверторе выходное напряжение имеет форму прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности.

В инверторе с модифицированной синусоидой выходное напряжения складывается из двух прямоугольных волн, одна из которых задержана по отношению к другой на четверть периода. Полученная результирующая волна, имеет повторяющиеся ступеньки напряжения в нуле, на положительном и на отрицательном пике и больше похоже на синусоиду, чем простая прямоугольная волна. Недорогие бытовые инверторы чаще всего воспроизводят именно модифицированную, а не чистую синусоиду.

Чем больше нагрузка на выходе инвертора с модифицированной синусоидой, тем больший ток он потребляет и тем ниже напряжение аккумуляторной батареи. Поскольку выходное напряжение модифицированных инверторов прямо пропорционально входному, при росте нагрузки его выходное напряжение также будет падать. Чтобы компенсировать падение и сохранить значение среднеквадратичного напряжения на том же уровне придется увеличивать ширину импульса, жертвуя формой волны, которая все больше будет отклоняться от чистой синусоиды.

Насколько важна форма напряжения? Многие нагрузки переменного тока являются резистивными. Лампы накаливания, тостеры, фены, чайники не чувствительны к форме напряжения и при его правильном значении будут работать как на постоянном, так и на переменном токе.
Оборудование представленное на схеме

С другой стороны, лазерным принтерам, стиральным машинам и сложным кофеваркам нужно чисто синусоидальное напряжение. Не будут нормально работать при модифицированной синусоиде цифровые часы, в которых для вычисления времени микроконтроллер посчитывает сколько раз входное переменное напряжение «пересекает ноль». Поскольку истинная синусоида пересекает ось времени в одной точке, а модифицированная «задерживается» на ней в течение нескольких миллисекунд микроконтроллер может принять эту паузу за несколько пересечений и вычислит время неправильно. Ошибка вызовет сбой работы всего электронного устройства, в котором используются такие часы.

Скорее всего при модифицированной синусоиде будет хуже работать телевизор, в стереосистеме появится гудение, а у асинхронных двигателей упадет КПД. Из-за этого двигатель станет сильнее греться и возможно раньше времени выйдет из строя. Микроволновые печи чувствительны как к максимальному значению напряжения, так и к его форме.  При питании от модифицированного инвертора многие микроволновки начинают хуже работать, когда напряжение аккумулятора падает и еще сильнее искажается форма выходного напряжения инвертора

Некоторые зарядные устройства для ручного электроинструмента нормально работают с модифицированной синусоидой, в то время как другие греются сильнее обычного. То же самое касается устройств дифференциального отключения. Не все из них правильно работают с модифицированными инверторами.

Инверторы с модифицированной синусоидой проще, экономичнее и дешевле, чем модели с синусоидальным напряжением. Поэтому если в автомобиле нет ни одного устройства, для которого изготовитель требует чисто синусоидального напряжения, выбор инвертора зависит от личного предпочтения. Однако разница в стоимости между двумя видами автомобильных инверторов постоянно сокращается, поэтому выбирать модифицированный синус становится все меньше причин.

Высокочастотный или низкочастотный

При преобразования постоянного напряжения в переменное транзистор в низкочастотных инверторах переключаются со скоростью — 50 раз в секунду, что равно частоте переменного напряжения электрической сети — 50 Гц. Трансформатор, работающий на такой частоте, оказывается большим и тяжелым, поэтому больше и тяжелее оказывается и сам инвертер.

Высокочастотные инверторы 

В высокочастотных моделях транзисторы работают на частоте 50 кГц и выше. За счет повышения частоты переключения размеры и вес трансформатора многократно уменьшаются, поэтому инвертор становится легче, компактнее и эффективнее. Однако за это приходится платить.

Максимальная перегрузочная способность высокочастотных инверторов как правило только в два раза превышает непрерывный ток. Причем перегрузку инвертор выдерживает в течении очень короткого промежутка времени, измеряемого несколькими миллисекундами.

Инвертор с байпасом

Инвертор с байпасом подойдет для тех владельцев автодомов, которые для питания бортового оборудования на стоянках планируют подключаться к стационарной электрической сети

В обычном автомобильном инверторе есть только выход переменного напряжения. В инверторе с байпасом кроме АС выхода имеется и АС вход. Контрольная цепь инвертора отслеживает состояние этого входа и, если обнаруживает на нем напряжение, отключает цепь DC-AC преобразователя от выхода и подключает к выходу АС вход. Таким образом до тех пор, пока автомобиль соединен с «береговой» сетью инвертор не работает и не разряжает аккумуляторы, а на его выход поступает сетевое напряжение.

Бортовая сеть переменного напряжения в автомобиле создается в соответствии с системой заземления TN-S. В этой системе нейтральный и PE проводники соединяются в источнике питания, а сам источник питания заземляется. В автомобиле с байпасным инвертором два попеременно используемых источника питания – стационарная электрическая сеть и инвертор. Когда инвертор работает, N и PE проводники в автомобиле должны быть соединены, а когда он просто передает напряжение «береговой» сети, то разъединены. Соединение и разъединение N и PE проводников выполняет встроенное в байпасный инвертор реле заземления. Благодаря нему внешние устройства дифференциальной защиты гарантированно предохраняют пользователя от поражения электрическим током.

При одновременной работе инвертора и зарядного устройства, зарядному приходится компенсировать ток, потребляемый инвертором от аккумуляторов. Если мощность зарядного не велика, время зарядки существенно возрастает. Инвертор с байпасом работает параллельно с зарядным устройством и не влияет на продолжительность зарядки аккумуляторов.

Инвертор с зарядным устройством

В инверторах и зарядных используются одинаковые электронные компоненты, поэтому совместить в одном корпусе функции обоих устройств не представляет особого труда. Комбинированная модель имеет очевидные преимущества – ее проще установить, она занимает меньше места и стоит дешевле, чем оба устройства по отдельности.

Комбинированное устройство состоит из трех основных блоков – автоматического переключателя источника питания, инвертора и зарядного. Когда комби подключают к сети, переключатель изолирует инвертор и подает переменное сетевое напряжение на АС-выход устройства для питания бортового оборудования. Одновременно с этим переменное напряжение выпрямляется и поступает на DC выход для зарядки аккумуляторов. После отсоединения от «береговой» сети зарядка аккумуляторов прекращается, а АС выход переключается на инвертор. Скорость переключения с сети на аккумуляторы занимает несколько миллисекунд, поэтому работающее бортовое оборудование не «замечает» смену источника питания

Ток, потребляемый от сети комби-инвертором, складывается из тока зарядного и тока бортового оборудования. Работающее на полной мощности зарядное потребляет 10-15 Ампер, поэтому комби может легко перегрузить береговую сеть, вызвав срабатывание защиты. Чтобы не допустить этого некоторые модели комбинированных инверторов  позволяют ограничивать потребляемый ток с помощью программы настройки

Предположим, пользователь установил ограничение на 16 Ампер, исходя из того, что выходной автоматический выключатель в «береговой» сети имеет такой же номинал. Тогда при потреблении бортовым оборудованием 10 Ампер, зарядное устройство получит не более 6 Ампер. Скорость зарядки аккумуляторов уменьшится, но «береговой» автомат не сработает