ИНВЕРТОР 12 В 220 КАК РАБОТАЕТ

Чтобы запитать в машине ноутбук или электроинструмент, рассчитанный на 220 В, нужен преобразователь напряжения. Эксперты «За рулем» испытали шесть образцов, мощных — от 1 кВт, и послабее — около 200 Вт.

Увы – так не получится. И вот почему.

Что такое инвертор?

Важное в статье:

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.

Инверторы SUREDOM: а) YSCZ-2000W, б) SFRD-2500W, в) CZXB-2000W

Выезжая за город или даже просто выходя из дома –, мы лишаемся привычного доступа к электричеству. Здесь невозможно зарядить ноутбук или телефон, некуда подключить электроинструмент или простейшую бытовую технику. А если у нас семейный отдых на природе, то отсутствие электричества вдвойне критично.

Единственным доступным источником электроэнергии для нас остается автомобиль. Но так как приборы не могут работать от бортового напряжения, то нужно устройство преобразующее его в привычные нам 220В – автомобильный инвертор.

При выборе инвертора обращают внимание не только на его характеристики, но и на подключаемые к нему приборы. Важно учитывать:

При верном подборе инвертор не окажет негативного влияния на ваш автомобиль, обеспечивая комфорт и уют в дали от благ цивилизации.

Время чтения: 23 минуты

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Синусоида и квазисинусоида

Выходной сигнал большинства инверторов заметно отличается от нормальной синусоиды: он имеет ступенчатую форму. Для нагревательных приборов, ламп накаливания, а также оборудования с импульсными блоками питания такое питание подойдет, а вот звуковая аппаратура начинает фонить. Устройства с трансформаторными блоками питания могут перегреться и даже выйти из строя.

Синусоидальное напряжение в исполнении Neo Maverick гораздо больше напоминает меандр – прямоугольный график.

Для солидных девайсов наличие USB-портов с токами менее 1 А – это несерьезно. Современным телефонам и планшетам нужны зарядные устройства с током на выходе от 2 А.

Счастливого пути и надежного электропитания!

Выбор мощности инвертора

Выбор мощности автомобильного инвертора один из важнейших шагов.

Для верного подбора учитывают:

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:

Ориентировочные значения мощности потребителей, можно найти в таблице ниже.

Ниже сравним несколько понижающих преобразователей.

*Значения мощностей приводятся для потребителей малой и средней мощности

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:

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

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

*Значения ориентировочные и зависят от марки и модели изделия, а также режима использования.

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.

Схема подключения автомобильного инвертора

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.

При мощности инвертора по номинальной мощности генератора вы обеспечите:

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.

График зависимости КПД инвертора от нагрузки

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 испытывали

Испытания решили провести в боевом режиме. Для серьезных адаптеров приготовили электродрель мощностью 800 Вт и болгарку на 880 Вт. Дрель снабжена системой плавного запуска, а болгарка – нет.

Питание осуществляли от АКБ на 70 А·ч с постоянно подключенным пускозарядным устройством, работающим в режиме «Пуск» и дающим ток около 100 А, имитируя таким образом работу двигателя на повышенных оборотах. Дрель должна была просверлить отверстие диаметром 10 мм в стальной пластине толщиной 6 мм. Болгарку заставили резать стальной уголок № 4 (40×40×5).

Для маломощных адаптеров – их питали от лабораторного блока питания – нашли 100‑ваттный паяльник и лампу накаливания на 60 Вт. Паяльнику предстояло при свете лампы разогреться до рабочей температуры и пропаять скрутку двух медных многожильных проводов сечением по 1,5 мм².

Инверторы, работающие от гнезда 12 В

Digma DCI-75, КНР. Преобразователь напряжения

Примерная цена 850 ₽Заявленная мощность 75 ВтВыход USB-порта 0,5 АСлабенький преобразователь, подключаемый к внутрисалонному гнезду 12 В, не понравился с первых секунд: стандартная евровилка не подошла по диаметру штырей. Кое-как удалось подключиться, но при этом хлипкий корпус затрещал по швам и в итоге саморазобрался. Выходное напряжение – аж 250 В, при этом сигнал по форме больше напоминает меандр (ступеньки), чем плавную синусоиду. Вывод очевиден: не покупать!

Neo Maverick 400, КНР. Автомобильный инвертор

Примерная цена 1900 ₽Заявленная мощность 200 ВтВыход USB-порта 2,1 АПредусмотрена защита от перегрузки и ненормативного входного напряжения. Но в целом возможности устройства очень ограничены: инструкция не рекомендует подсоединять потребителей мощнее 170 Вт. Из инструментов можно подключить разве что паяльник, клеевой пистолет или электрогравер. Фактически это игрушка, хотя цена уже не игрушечная. Не рекомендуем.

Если реальные мощности преобразователя и инструмента близки, вероятность того, что инструмент раскрутится и будет способен выполнять работу, выше при наличии системы регулировки оборотов или плавного запуска. Без такой системы инструмент, получив питание, начинает дергаться: ток потребления растет, а инвертор тут же уходит в защиту. Толком поработать в таких условиях не удастся.

Корпус 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.

Инверторы, работающие от АКБ

Airline API-1500-08, КНР. Инвертор

Примерная цена 7500 ₽Заявленная мощность 1500 ВтВыход USB-порта 1 АСимпатичное устройство с плавным пуском легко подтвердило заявленные мощностные характеристики, обеспечив одновременную работу болгарки и электродрели. Предусмотрена защита от перегрузки, замыканий, перегрева и т.п. Из недостатков отметим нестабильную работу цифрового дисплея, который при максимальной нагрузке время от времени показывал напряжение 350 В, хотя наши контрольные приборы (вольтметр и осциллограф) ничего подобного не фиксировали. Цена высокая, но прибор того стоит. Рекомендуем!

AVS energy IN-1500W, КНР. Преобразо­ватель напряжения

Примерная цена 4500 ₽Заявленная мощность 1500 ВтВыход USB-порта 1 АСогласно описанию, в этом устройстве предусмотрен плавный пуск. Однако при попытке подключить болгарку оно сразу же закапризничало, переходя в зуммерный режим. С электродрелью проблем не возникло, но на большее преобразователь оказался ­неспособен. Не рекомендуем.

Тelefunken TF-P103, КНР. Преобразователь напряжения

Примерная цена 6300 ₽Заявленная мощность 1000 ВтВыход USB-порта 0,5 АЗаявленная мощность – не самая высокая в нашей выборке, однако преобразователь уверенно справился с парной работой электродрели и болгарки. Он может подключаться и к внутрисалонному гнезду 12 В, но на высокую мощность при этом рассчитывать не стоит. Есть защита от перегрузки и ошибочного подключения. Немного огорчили технические неточности в описании (типа ошибочного написания «А/ч»), но в целом устройство повело себя лучше, чем ожидали. Рекомендуем.

ПН-90, Россия. Импульсный преобразователь напряжения

Примерная цена 5500 ₽Заявленная мощность 700 ВтВыход USB-порта 1 АУстройство огорчило: на упаковке указана мощность 1500 Вт, однако внимательное прочтение инструкции поведало, что больше 700 Вт постоянной мощности оно не выдаст. Та же инструкция сообщила, что прибор не предназначен для лиц «с пониженными физическими, чувственными или умственными способностями». И еще один перл: мол, инвертор имеет защиту от перегрева, перегрузок и ненормативного входного напряжения, но если последнее окажется слишком большим, то он всё равно сломается. На практике предложенную нагрузку преобразователь не осилил. Не рекомендуем.

Система охлаждения инвертора

Можно выделить три системы охлаждения автомобильного инвертора:

Размещение в инверторе вентиляторов охлаждения

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.

Частота инвертора

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.

Выбор напряжения инвертора

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%.

Устройство инвертора

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

Условно можно выделить следующие элементы инвертора:

Желания и возможности

В электротехнике инвертор (от лат. Inverto – «переворачиваю, изменяю») – это устройство для преобразования постоянного тока в переменный нужной величины. Технически это не очень сложно. Однако же надо понимать, что всю необходимую энергию для питания болгарок, холодильников и прочего инвертор будет забирать от АКБ и генератора. И если мощность такой нагрузки, к примеру, 2 кВт (электрический чайник), то даже без учета КПД потребляемый ток составит примерно 150 А! Никакая легковушка этого не перенесет. Даже если нагрузка будет гораздо меньшей – скажем, 250 Вт, то и в этом случае придется постоянно гонять мотор: иначе батарея разрядится за пару часов.

Иногда инверторы на 220 В встроены в автомобиль с завода – но и в этом случае их мощность обычно не превышает 150–200 Вт.

ИНВЕРТОР НОМЕР ОДИН

Какой инвертор вам нужен?

Самые слабенькие инверторы рассчитаны на мощности около 200 Вт и подключаются в гнездо 12 В. С их помощью можно подзарядить смартфон, запитать ноутбук, нагреть паяльник и т. п. Но никакой серьезный инструмент типа электролобзика работать от такого устройства не сможет.

Мощные инверторы – от 1 кВт – подключают непосредственно на клеммы АКБ. Хотите воспользоваться болгаркой или дрелью мощностью под 800 ватт – не забудьте пустить мотор машины. ­ В противном случае батарея не продержится и часа.

На эти две группы мы и разбили приобретенные для экспертизы инверторы (они же – преобразователи напряжения) – слабенькие и мощные.

КПД инвертора

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.

Синусоида инвертора

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.

а) модифицированная синусоидальная волна, б) чистая синусоидальная волна

Чувствительность инвертора

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

Чувствительность проявляется в следующем:

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.

а) Инвертор SUREDOM YSCZ-1000W с модифицированной синусоидальной волной, б) Инвертор SUREDOM CZXB-1000W с чистой синусоидальной волной.

К потребителям не чувствительным к форме кривой напряжения можно отнести:

Потребители, проявляющие нестабильность в работе на модифицированном синусе:

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%.

Дополнительный функционал инвертора

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.

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

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.

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

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.

Лицевая часть автомобильного инвертора

Защита инвертора

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.

Виды защит инверторов

Какие защиты применяются в инверторах?

Рекомендации по применению инверторов

Из мощных устройств однозначно выделим Airline API‑1500–08, а также Тelefunken TF-P103. Они справились с задачей даже при одновременной работе двух электроинструментов. А вот их маломощные коллеги не понравились: толку от подобных устройств немного. Напомним, что они подключаются в гнездо 12 В, защищенное предохранителем (обычно номиналом около 15 А), который имеет право сгореть даже при заявленных 200 Вт.