Инверторы напряжения с зарядом аккумулятора

Аккумулятор для инвертора

Инверторные системы – отличное решение для вашего загородного дома или дачи. Если все спроектировать верно, срока эксплуатации вашего инвертора хватит очень надолго и работать он будет без всяких перебоев и постоянного технического обслуживания.

Схема инверторной системы

Трудно обустроить комфортную жизнь за городом, если не иметь постоянного и надежного источника электричества 220В. Даже если питание будет потеряно на короткий срок, это может сильно помешать вашей спокойной жизни. А такие перебои, увы, у нас происходят часто, особенно в зимнее время.

Если свет на вашей даче или в коттедже не очень стабилен, не избежать большого количества проблем с бытовой техникой. Как же бороться с такой бедой дома? Проще всего установить стабилизатор напряжения стоимостью 2–3 тысячи рублей. Общедомовой стабилизатор обойдется в 20–30 тысяч. Он неплохо справляется со своей функцией, но только если напряжение не падает ниже 160–170 В. А ведь случается и такое, что электричество отключают полностью – тогда спасут только бесперебойные источники.

Существуют разные рекомендации, наиболее расхожая – установить дизельный генератор стоимостью от 50 до 100 тысяч рублей. Но это устройство тоже немного испортит ваше время, проведенное за городом – оно производит много шума, требует дотошного технического обслуживания и загрязняет воздух.

Инверторная аккумуляторная система

Но можно установить инверторную аккумуляторную систему.

Бесперебойные источники электроэнергии

Что такое инвертор?

Инвертор – это трансформатор, который преобразует постоянный электрический ток (в среднем 12 В) от аккумуляторных батарей в переменный, изменяет напряжение в зависимости от ситуации. Если электричество подается в обычном режиме, оно начинает заряжать аккумуляторные батареи (АКБ). Если напряжение падает или отключается, питание домашней сети переходит на АКБ, превращая их постоянное напряжение 12 В в переменное – 220В/50 Гц.

Компактный автомобильный инвертор

Чтобы инвертор работал нормально, необходимы самые лучшие материалы и детали. От того, насколько качественно установлен инвертор, зависит, насколько долгий срок смогут проработать другие компоненты, особенно АКБ. Качество инвертора определяет срок работы АКБ – хватит его на 2 года или же на целых 12 лет.

Добиться лучшей службы АКБ можно через использование разных компонентов, например, ветрогенераторов или солнечных батарей.

Какой инвертор выбрать

Российские инверторы стоят, конечно, дешевле американских, но в них нельзя изменять то, как будет произведено подключение аккумуляторов: с каким алгоритмом заряда, порогом начала работы, как будет происходить управление сторонними источниками.

Настройка этих параметров помогает более безопасно использовать АКБ, плавно переходить на режим, позволяет использовать инверторы параллельно. Американские системы надежнее, они живут дольше, их хватит на более долгий срок службы на благо вашего дома.

Есть два вида инверторов: онлайн и оффлайн. В онлайн-инверторах разряженная батарея начинает одновременно работать и подзаряжаться от внешнего источника питания (к примеру, подобный принцип работы свойствен автомобильному аккумулятору).

Однако подобный составной режим на деле очень плохо сказывается на батареях, заставляет их работать на износ и быстро заканчивать срок эксплуатации. Оффлайн-инвертор куда более безопасен для батарей – здесь одновременно батарея либо заряжается, либо разряжается. Это более щадящий режим работы.

Поэтому, производя расчет с целью выявить более надежный вариант, обратите свое внимание на оффлайн-инверторы.

Не забывайте также учитывать и качество напряжения. Импортные модели выдают напряжение 230 В. Обычно одна АКБ имеет напряжение 12 В. Коэффициент искажений у них достаточно низок – от двух до трех процентов. Чтобы добиться этого, такие модели используют особый алгоритм, формирующий выход синусоидального напряжения, качественные трансформаторы и согласованные фильтры.

Сколько работает инвертор

Инвертор не имеет внутренних батарей, вместо этого использует внешние. Благодаря этому появляется возможность подобрать такой объем аккумуляторных батарей, который обеспечит необходимый срок независимой работы устройства бесперебойной электроэнергии.

Поговорим подробнее о времени независимого действия системы. Чтобы вычислить время заряда, нужно разделить объем аккумулятора на силу тока, которую он производит (в амперах).

Чтобы определить силу тока аккумулятора (IАКБ), опираемся на закон сохранения энергии, в таком случае КПД инвертора будет ровняться ста процентам. Нужен такой результат, чтобы перемноженные вольты и амперы Аккумуляторной батареи Инвертора равнялись перемноженным вольтам и амперам на выходе.

Расчет напряжения АКБ = 12 В (в более сильных моделях имеют место 24 В и 48 В), назовем его UАКБ. Вольт*ампер на выходе являются силой, подключенной к инвертору нагрузки Pнагр.

В итоге имеем расчет Pнагр=UАКБ*IАКБ, а также IАКБ=Pнагр/UАКБ.

Если мы знаем объем аккумулятора САКБ, то можем узнать и сколько он будет автономно работать: tАВТ = CАКБ/(Pнагр/UАКБ) = CАКБ*UАКБ/Pнагр.

Итак, допустим, что у нас есть инвертор, к которому подключен аккумулятор на 55 Ампер*Часов с нагрузкой 300 Вт. Вычислим, сколько он проработает независимо.

• UАКБ = 12 В
• Pнагр = 300 Вт
• CАКБ = 55 Ампер*часов

Производим расчет: tАВТ = CАКБ*UАКБ/Pнагр = 55*12/300 = 2.2 часа.

И другой вопрос, какая нужна Аккумуляторная батарея, чтобы обеспечить определенную продолжительность работы: CАКБ = Pнагр*tАВТ/UАКБ.

Блок из двенадцати аккумуляторов

Например, рассчитаем, какой нам нужен аккумулятор на заданный инвертор, чтобы при нагрузке в 300 Вт обеспечить 2.2 часа независимого действия: CАКБ = 00*2.2/12 = 55 Ампер*часов.

Солнечные коллекторы

Суть солнечных коллекторов – собирать, сохранять и передавать тепло солнца. Солнечную энергию можно использовать бесплатно и бесконечно, она не требует добычи и транспортировки. Есть два основных вида коллекторов – плоские и вакуумные.

Плоские коллекторы

Плоский солнечный коллектор

Конструкция плоских солнечных коллекторов – это изолированная от тепла, находящаяся под стеклом панель, внутри которой находится поглощающая пластина. Именно она накапливает энергию солнца. Впрочем, даже с учетом теплоизоляции нижних и боковых стенок, зимой уровень заряда намного ниже из-за потери тепла. Плоские коллекторы хуже приспособлены к температурным перепадам, однако распространены шире благодаря своей низкой стоимости.

Вакуумные коллекторы

Структура вакуумных солнечных коллекторов предполагает, что несколько вакуумных трубок преобразуют солнечный свет в тепловую энергию. Сами по себе трубки похожи на обычный термос и состоят из нескольких стеклянных трубок, встроенных друг в друга. С внешней стороны трубки просвечивают, а внутри нанесен материал, который и собирает солнечный свет.

Коллекторы располагают на крыше и/или стенах дома. Вакуумные солнечные коллекторы гораздо лучше защищены от перепадов температуры и лучше поглощают тепло, почему и приспособлены для работы в холодное время.

Какой аккумулятор выбрать

Определяясь с тем, какой источник питания вам нужен, чтобы обеспечить в загородном доме привычные 220В, сделайте расчет и убедитесь, что он соответствует нагрузке системы. Если значение тока превышается сверх меры, происходит перегрев, батареи быстрее выходят из строя. Так, обычная система дома – это 9 кВт, напряжение – 24В. Если система заработает на полную, сила тока составит более 400А, что быстро нанесет вред аккумуляторным пластинам.

Здесь потребуются батареи с напряжением в 48В. Это снизит рабочий ток вдвое, он составит 200А. Кроме того, желательно использовать проводные соединения всех элементов высокого качества, сечение проводов не должно составлять менее 75 мм 2 . При соблюдении этих требований инверторная система прослужит долго.

Аккумулятор для инвертора

Вообще говоря, цена – это главный показатель качества аккумуляторных батарей. Возможно ли сэкономить, обеспечив хорошее качество? Лучший способ сделать это – приобретать всю систему не сразу, а поэтапно наращивать мощность. Вначале приобретаем инвертор 3 кВт, добавляем к нему новые, ведь современные технологии дают возможность скрепить до 10 одинаковых инверторов.

Сварочный инвертор

Сварочный инвертор, или инверторный источник сварочного тока – необходимый элемент в сварке, он передает сварочной дуге более стабильное горение и более простой поджиг. Инверторы наиболее популярны в сварке, т. к. они как никакой другой аппарат могут обеспечить надежность и независимость от общей сети, исключить колебания и помехи.

Сварочный инвертор действует за счет того, что напряжение сети выходит на выпрямитель, после чего силовой модуль делает постоянный ток переменным. Переменный ток отправляется уже на сварочный трансформатор, который, в свою очередь, обеспечивает им саму сварочную дугу.

Сварочный инвертор хорош тем, что, используя его, вы можете значительно уменьшить силовой трансформатор в размере и при этом увеличить динамику дуги. Благодаря ему стало возможным уменьшить размер и вес сварочного аппарата, повысить КПД и снизить до минимума разбрызгивание при сварке.

Однако сварочный инвертор имеет и ряд недостатков. Его коэффициент нагрузки ограничен, он довольно чувствителен к влажности воздуха и конденсату. Самый большой его минус – он создает очень высокий, часто даже опасный уровень помех. Эту проблему можно решить, но все ныне известные решения делают устройство не только дороже, но и тяжелее.

Аккумуляторы для солнечной батареи

Если дома вы используете солнечную энергию, то для вас будут очень важны аккумуляторные батареи. Они играют роль посредника, передавая получаемую мощность энергии конечным устройствам и обеспечивая нужное напряжение в 220В.

Наибольшее количество энергии солнечная батарея вырабатывает днем, когда ярко светит солнце. Ночью же, когда потребление энергии не происходит, очень широко начинают использоваться бытовые приборы и различные источники искусственного освещения. Аккумуляторная батарея нужна вам, чтобы убедиться, что электричества хватит и на ночное время, когда подзарядка уже не будет происходить.

Статистика говорит, что дешевле всего использовать аккумуляторы из лития китайского производства и свинцово-кислотные батареи.

Важнейшие параметры аккумуляторов следующие:

• Объем. Он определяется тем, насколько велик заряд, замеряемый во время отдачи электричества конечным устройствам-потребителям.
• Плотность энергии. Согласно этой характеристике рассчитывается, какой объем энергии производят батареи на единицу своего объема либо веса. Используя этот параметр, можно сравнить степень эффективности разных моделей.
• Саморазряд. С помощью этого показателя можно проанализировать, какое количество энергии теряет устройство на холостом ходу, насколько долго оно может хранить энергию.

Чтобы круглый год наслаждаться экологически чистыми источниками электричества и нужными 220В, нужно соблюдать следующие условия эксплуатации:

К сожалению, аккумуляторы не очень хорошо выдерживают резкие перепады температур, им лучше не стоять на жаре свыше +40 о С и на холоде ниже –25 о С.

Лучше не располагать эти устройства вблизи открытого огня: пары могут воспламениться. Желательно, чтобы вода и осадки не попадали на аккумуляторную батарею: из-за появления новых электрических цепей возможно возникновение токов саморазряда.

Аккумуляторные батареи также характеризуются различным устройством корпуса. Некоторые требуют постоянно контролировать электролит и восполнять его уровень, когда пары выкипают.

Существуют также герметичные модели, в них используется цикл замкнутого типа. Некоторые производители предлагают необслуживаемые модели и предоставляют на них гарантию до 5 лет. Также производятся малообслуживаемые модели, в которые нужно лишь подливать воду два раза в год.

Как происходит заряд

Процессы в аккумуляторных батареях изменяются соответственно химической энергии внутри них. Количество этой энергии беспрестанно снижается во время разряда, что ослабляет ток и напряжение. Чтобы вернуть энергию, нужно подать перманентный ток высокого напряжения в противоположную сторону.

Как правило, подбирают силу тока, используя следующий расчет: 100% номинального объема в амперах*часах следует разделить на 10, что даст значение силы тока в амперах. Это не слишком научный показатель, но на практике именно его обычно используют, чтобы обеспечить цикл заряда из восьми часов. Впрочем, это число больше характеризует достаточно дорогие устройства типа NiMh и NiCd, а не бюджетные свинцово-кислотные.

Источник

Инвертор для зарядки аккумуляторов

Инвертор для зарядки аккумуляторов представляет собой двухтактный полумостовой импульсный источник питания с малым весом и небольшими габаритами. Зарядка выполняется при стабильном напряжении — это близко, по характеристике, к зарядке аккумуляторов в автомобилях.

Основные функциональные части схемы инвертора для зарядки аккумуляторов:
1.Входной помехоподавляющий фильтр.
2.Сетевой выпрямитель.
3.Сглаживающий фильтр высокого напряжения.
4.Ключевой двухтактный преобразователь с импульсным силовым трансформатором.
5.Цепь передачи и формирования сигнала обратной связи по напряжению.
6.Генератор импульсов прямоугольной формы.
7.Регулятор выходного тока.
8.Цепи контроля и индикации выходного напряжения

В схеме происходит тройное преобразование напряжения – переменное напряжение сети выпрямляется и сглаживается до постоянного тока, далее преобразуется в импульсы прямоугольной формы, частотой зависящей от задающего генератора на таймере DA1. Импульсы первичной цепи преобразования трансформируются трансформатором Т1 в низковольтную цепь — выпрямляются диодами VD6,VD7 — сглаживаются конденсатором С7 и используются для зарядки аккумулятора GB1.

Двухтактная схема инвертора позволяет применить полевые транзисторы VT1,VT2 пониженной, по сравнению с однотактной схемой, мощностью и напряжением.

Цепи обратной связи на оптопаре U1 и импульсный трансформатор Т1 гальванически разделяют высокое сетевое напряжение инвертора от низковольтных цепей нагрузки.

Низковольтный узел оснащён мощными лавинными диодами и индикацией низкого напряжения на светодиоде HL1.

Стабилизация выходного напряжения выполнена на оптопаре U1, а повышение температуры транзисторов от перегрева контролируется терморезистором RK1.

Основные технические характеристики:
Напряжение питания 185- 230 Вольт
Выходное напряжение 12-24 Вольт.
Выходной ток нагрузки 10 Ампер.
Частота преобразования 27кГц.

Входной помехоподавляющий фильтр состоит из двухобмоточного дросселя — Т2 и конденсаторов С9 С10, которые позволяют снизить помехи преобразования инвертора и устранить возможность проникновения импульсных помех из сети питания.

Сетевое напряжение после фильтра поступает на выпрямительный мост VD8 через предохранитель FU2 и выключатель сети SA1.

Сетевой выпрямитель дополнен сглаживающим фильтром из конденсаторов большой ёмкости С4,С5 — шунтированных резисторами R12,R13 для выравнивания напряжений. Терморезистор RK2 ограничивает ток заряда конденсаторов С4,С5 при подачи сетевого напряжения. Силовой трансформатор инвертора T1 одним выводом подключен к средней точке соединения конденсаторов С4С5, а вторым выводом к точке соединения истоков полевых транзисторовVT1VT2 ключевого преобразователя. Транзисторы зашунтированы от пробоя быстродействующими диодами VD4, VD5. Цепь из конденсатора C8 и резистора R15 снижает амплитуду выбросов высокого напряжения.
Цепи VD2R5 и VD3R6 ускоряют запирание транзисторов VT1,VT2 при переключениях.

Разделительный конденсатор C6 устраняет подмагничивание магнитопровода трансформатора Т1 инвертора при разбросе параметров конденсаторов С4,С5.
Генератор преобразования напряжения выполнен на аналоговом таймере DA1.
Микросхема DA1 содержит два операционных усилителя работающих в качестве компараторов, RC- триггер, выходной усилитель и ключевой транзистор для разряда внешнего времязарядного конденсатора C1.

Выводы 3 и 7 микросхемы DA1 работают в противофазе, при высоком уровне на выходе 3, на выходе 7 напряжение отсутствует. При нулевом уровне на выходе 3 DA1- выход 7 замкнут на минусовую шину. Выводы 2 и 6 — входа компараторов, переключают внутренний триггер в зависимости от уровня напряжения на конденсаторе С1, время заряда которого зависит от номиналов RC- цепи R1R2.

Повышенный уровень напряжения на выводе 3 DA1 открывает полевой транзистор обратной проводимости — VT1, конденсатор С6 заряжается с положительной шины питания в определённой полярности, ток зарядки проходя через первичную обмотку трансформатора Т1 трансформируется во вторичную цепь.

Полевой транзистор VT2 в это время заперт положительным напряжением смещения по цепи R1R3.
При переключении внутренних компараторов в микросхеме DA1 — по мере зарядки конденсатора С1, на выходе 3 DA1 установится нулевой уровень относительно средней точки конденсаторов С4С5.

Вывод 5DA1 позволяет получить прямой доступ к точке делителя с уровнем 2/3 напряжения питания, являющейся опорной для работы верхнего компаратора. Использование данного вывода позволяет менять этот уровень для получения модификаций схемы.

Конструктивное использование данного вывода в цепи отрицательной обратной связи — для стабилизации выходного напряжения.

Напряжение с аккумулятора GB1 через терморезистор RK1 поступает на установочный переменный резистор R14, которым регулируется ток светодиода оптопары U1. При повышении напряжения на зажимах аккумулятора яркость светодиода оптопары U1 возрастает, транзистор оптопары открывается и шунтирует вывод 5DA1 на нулевую шину питания. Частота генератора возрастает без изменения скважности импульсов. Длительность выходных импульсов сокращается, что приведёт к снижению тока заряда аккумулятора.

Питание микросхемы DA1 выполнено от высокого напряжения инвертора через ограничитель напряжения на резисторе R7 и стабилизировано диодом VD1. Минусовая шина взята от точки соединения стоков транзисторов.

Зарядная цепь выполнена на мощной паре лавинных диодов VD6VD7, полярность подключения аккумулятора индицируется светодиодом HL1.Ток заряда визуально устанавливается по амперметру PA1 регулятором тока – R14. Конденсатор C7 снижает уровень помех в низковольтных цепях.

Таймер DA1 с пониженным энергопотреблением серии 7555 заменим серией 555.
Сетевой диодный мост VD8 на напряжение не ниже 600 вольт и ток более трёх ампер, низковольтный выпрямитель VD4 на напряжение не ниже 50 Вольт и ток не менее 20 ампер.

Транзисторы подойдут на напряжение не ниже 200 Вольт и ток более трёх ампер.
Алюминиевые оксидные конденсаторы фирм «Nicon» или REC. Оптроны подойдут из серии LTV817, PC816.

Трансформатор T1 применён без перемотки от блока АТ/ТХ питания компьютера. Обмотка 1Т1 составляет 38 витков диаметром 0,8мм, вторичная обмотка имеет две обмотки по 7.5 витков каждая, сечением 4*0.31 мм — в жгуте.

Перед запуском схемы в цепь сетевого питания подключается лампочка 220 Вольт 100 ватт, или лучше с ЛАТРа подать пониженное напряжение с 36 вольт и далее медленно поднимать наблюдая за нагрузкой, вместо аккумулятора установить автомобильную лампочку на 12-24 Вольта 50 Ватт.

Напряжение заряда выставляется резистором R14, ток заряда — резистором R2. Ограничение тока заряда выполнено на предохранителе FU1. Полевые транзисторы установить на радиатор с прокладкой.

Источник