Принцип работы источника бесперебойного питания

Слово «инвертор» применительно к электротехнике означает устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в переменный ток. При этом амплитуда напряжения может изменяться в большую или меньшую сторону.

Инверторы могут быть как отдельными устройствами (сварочный или преобразователь напряжения бортовой сети автомобиля в напряжение 220 В переменного тока), так и отдельным блоком или частью схемы (блок питания компьютера, телевизора). Мы же сейчас поговорим об устройствах, использующихся для электропитания в аварийных ситуациях, связанных с исчезновением напряжения сети.

Куда уходит напряжение и когда вернется?

Нет сетей со стопроцентной надежностью. Внезапно свет в квартире или доме гаснет. Связано это с повреждениями кабельных или воздушных линий, электрооборудования подстанций. Аварии в пределах города, если они не связаны со стихийными бедствиями, ликвидируются относительно быстро. Для этого работают диспетчерские службы и оперативные бригады. А исключить поврежденный участок и заменить его другим возможно из-за их взаимного резервирования.

В сельской местности и дачных хозяйствах все иначе. Линия питания одна, ехать бригаде далеко. После ураганов или гроз количество поваленных деревьев на провода линий увеличивает шансы остаться в темноте надолго. А при повреждении силового трансформатора ждать придется больше суток.

Время идет, продукты в холодильнике портятся. Не вскипятить чайник – он электрический. Приготовить ужин не на чем. Разрядилась батарея мобильного телефона – невозможно позвонить в МЧС. В темноте не найти лекарство для бабушки. Остывают нагревательные приборы, а вместе с ними – и сам дом.

Чтобы этого не происходило, нужен персональный, независимый от сети источник электроснабжения. Для этой цели и применяется инвертор.

Принцип работы источника бесперебойного питания

Простейший инвертор – источник бесперебойного питания (ИБП) компьютера. Внутри него находится аккумулятор, накапливающий энергию. Он работает в режиме постоянной подзарядки. Для этой цели в состав ИБП входит зарядное устройство, следящее за уровнем напряжения на батарее. В зависимости от него оно регулирует ток заряда или отключает батарею.

Как только напряжение питания исчезает, устройство управления отключает нагрузку от сети. Одновременно она подключается к аккумулятору через инвертор, являющийся частью ИБП.

Аккумуляторные батареи на 220 В существуют, но занимают помещение, размером с комнату. Поэтому во всех ИБП аккумуляторы изготавливаются на низкое напряжение. Инвертор, преобразуя его в синусоидальное, одновременно повышает эту величину до номинального напряжения сети.

Такой источник питания хорош тем, что постоянно готов к работе и переключается мгновенно. Но вот главные его недостатки, не позволяющие использовать ИБП для бесперебойного электроснабжения дома или его части:

Инвертор для бесперебойного энергоснабжения дома

Инвертор является логичным развитием источника бесперебойного питания компьютера, лишенным присущих ему недостатков.

Увеличение емкости аккумуляторной батареи напрямую связано с ее габаритными размерами. Размещать ее в корпусе инвертора становится нецелесообразным. Поэтому он выделяется в самостоятельное устройство, решающее три основных задачи:

• заряд батареи и контроль напряжения сети;
• переключение источников снабжения;
• преобразование напряжения батареи в величину 220 В переменного тока.

Основная характеристика инвертора – его мощность. Но при ее выборе учитывается один нюанс. Мы уже говорили, что ИБП не может работать с перегрузкой. То же самое касается и инвертора. Если в составе нагрузки планируются холодильник, электродвигатели насосов отопительных котлов, то учитываются их пусковые токи. В момент запуска электродвигатели потребляют ток, в 3-5 раз больший номинального. Если суммарный ток нагрузки при включении холодильника превысит номинальный ток инвертора, его отключит защита.

Еще одна характеристика инвертора, на которой стоит заострить внимание, это – качество преобразования постоянного тока в переменный. Напряжение в сети изменяется во времени по синусоидальному закону. Ни одно бытовое полупроводниковое устройство не сгенерирует синусоидальное напряжение так, чтобы оно в точности повторяло сетевое. Величина напряжения на выходе изменяется не плавно, а дискретно, ступеньками. Чем чаще происходит это изменение (выше частота дискретизации), тем точнее сформированный сигнал повторяет синусоидальный.

Но увеличение частоты дискретизации ведет к удорожанию устройства. А ступенчатая форма напряжения неприемлема для работы электродвигателей и некоторых полупроводниковых устройств. Такие инверторы, вырабатывающие так называемую модифицированную синусоиду, используются только для питания активной нагрузки: нагревательные элементы, лампы накаливания. Для приборов, критичных к форме напряжения питания, придется приобрести более дорогой инвертор.

Выбор аккумуляторов для инвертора

Батареи к инвертору приобретаются отдельно. Но и тут есть особенность: аккумуляторы бывают кислотными или щелочными. Принципы заряда у них разные, поэтому каждый инвертор годится только для работы с определенным типом батарей. Иначе он будет неправильно определять степень заряженности аккумуляторов и заряжать их.

Использование автомобильных аккумуляторных батарей в составе инверторов не оправдано. Они, хоть и способны выдать в течение короткого времени мощный импульс тока (в автомобиле это нужно для работы стартера), не переносят глубоких разрядов. А разряды неизбежны при длительной работе инвертора. Поэтому ресурс таких батарей в системах энергоснабжения ограничен.

Для работы с инверторами оптимально применение гелевых или стекловолоконных аккумуляторов. Они изготовлены по специальной технологии и способны многократно переносить глубокие разряды без потерь. И опять же: зарядное устройство инвертора должно поддерживать режим заряда таких батарей.

Выбирая емкость аккумуляторов, исходят из желаемого времени автономной работы устройства (T). Его нетрудно подсчитать, зная емкость (C) , мощность планируемой нагрузки (P) и напряжение батареи (U):

Цифры в последней колонке не впечатляют. Да и стоимость инверторов и аккумуляторов к ним не такая уж и маленькая.

Так есть ли смысл в инверторе?

Достоинства и недостатки инверторов

Альтернативой инверторам являются дизельные или бензиновые генераторы. Поэтому и выявлять их достоинства будем, сравнивая с получением электричества с помощью двигателей внутреннего сгорания. Перечислим недостатки генераторов, от которых можно избавиться с помощью инверторов:

• необходимость постройки отдельного помещения с вентиляцией и подогревом в зимнее время;
• хранение запаса топлива (а для дизеля – замена летнего топлива на зимнее при наступлении холодов);
• шум при работе, доставляющий неудобство не только хозяевам, но и соседям;
• необходимость периодического обслуживания (проверки уровня масла, замены свечей, фильтров);
• ручной запуск, необходимость контроля параметров в процессе работы.

Инвертору же не требуется отдельного помещения, он не создает шума при работе (работа вентиляторов охлаждения – не в счет). Вмешательство пользователя в процесс работы не требуется. При разряде аккумулятора (падении величины напряжения на батарее до минимально возможного уровня) устройство само отключится и замрет в ожидании восстановления напряжения сети. Затем оно зарядит батарею, и будет ждать, когда сможет вновь оказаться полезным.

И автоматическое переключение с питания от сети на питание от батареи подкупает. Но время автономной работы инвертора мало. Даже, если уменьшить нагрузку до минимально возможной, рано или поздно батарея разрядится. «Конец света» отсрочен, но неизбежен.

Поэтому при решении вопроса: что использовать для аварийного питания жилища – генератор или инвертор рассматривают комплекс факторов.

Инвертор или генератор?

Для начала собирают статистические данные о том, как часто и на какой период пропадает напряжение в городе или поселке. Если эти события случаются очень редко, то нет смысла приобретать генератор, строить для него отдельное помещение, где он будет простаивать в ожидании своего часа.

Затем определяют суммарную мощность электроприборов, питание которых планируется от инвертора в аварийном режиме работы. В этот список нет смысла включать наружное и подвальное освещение, а при наличии в доме трех телевизоров достаточно одного. В целях экономии жертвуют теми электроприборами, без которых можно пережить сутки или двое. Остальные при исчезновении напряжения питания придется отключить от сети вручную, или предусмотреть для этой цели автоматику.

Но зато учитывают систему теплоснабжения (отопительный котел), если он есть. Причем, с учетом всех пусковых токов его электродвигателей, не исключено, что ему придется запускаться при питании дома от инвертора.

И не забывают главное – холодильник с его пусковым током, если он компрессорный. Также добавить в список микроволновую печь или электроплитку, электрочайник.

По суммарной мощности нагрузки выбирают модель инвертора, учитывая дополнительно, какого качества синусоидальное напряжение он будет вырабатывать.

Затем выбираются аккумуляторные батареи с учетом желаемого времени работы инвертора на рассчитанную ранее нагрузку. И здесь нужен разумный подход. Если финансов недостаточно, то придется заранее продумать, чем можно пожертвовать. Во главу угла ставятся те нагрузки, для которых требуется постоянная работа: холодильник, котел, приборы отопления. Компьютеры и телевизор на определенном этапе придется отключить, чтобы батарея инвертора продержалась подольше.

Осталось сложить цены, получив итоговую сумму. И проделать тот же самый расчет для генераторной установки. Здесь тоже можно сэкономить: при нечастых отключениях от сети совсем не обязательно строить под нее помещение. Можно хранить ее в сарае, а при необходимости – вынести на улицу и подключить к сети с помощью гибкого кабеля и разъемного соединения. Не забудьте добавить в список запасные части, необходимые для обслуживания установки в течение срока службы альтернативного ей инвертора. Только так можно рассчитать экономический эффект, а не первоначальные затраты на приобретение оборудования. Инвертор не потребует дополнительных капиталовложений на протяжении всего срока службы, а вот двигателю внутреннего сгорания уход необходим всегда.

Теперь сравниваем получившиеся суммы и принимаем решение. И помните: за комфорт всегда нужно переплачивать. Готовы вы к этому или нет – решать вам.