Расчет инвертора: НГТУ — ЗИНОВЬЕВ Г.С. — Скачать файл

Расчет нагрузки на инвертор 220 » Valley of Winds

Виды нагрузки

При оценке мощности нагрузки нужно учитывать так называемую полную мощность. Полная мощность P (единица измерения — ВА,  «вольт-ампер») — это вся мощность, потребляемая электроприбором. Она складывается из активной Ра (Вт,  «ватт») и реактивной (ВАР,  «вольт-ампер реактивный») составляющих мощности. Значительная часть потребителей имеют как активную, так и реактивную составляющие.

Активные нагрузки. У этого вида нагрузки вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. У некоторых приборов эта составляющая является единственной. К ним относятся лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги, ТЭНы и т.п.

Реактивные (активно-реактивные) нагрузки. Практически все остальные. Различаются на индуктивные и емкостные. Индуктивные – люминесцентные лампы, все приборы с электродвигателями, трансформаторы. Емкостные — различные импульсные источники питания (блоки питания современной бытовой техники).

Порядок расчета мощности

Для активной нагрузки все просто — значения Ватт и ВА равны. Если на приборе указана потребляемая мощность 1 кВт, то и его полная мощность равна 1 кВА. То есть для питания достаточно инвертора мощностью 1 кВА (но всегда желателен запас 20% сверх номинала нагрузки).

Реактивные нагрузки используют не всю переданную им энергию. Они лишь частично запасают ее в электрическом или магнитном поле с последующей отдачей в электрическую цепь. Поэтому для них полная мощность P, требуемая для работы, больше чем активная мощность Ра, и вычисляется как P= Ра / cosφ .

ЭТО ВАЖНО, потому что номинал инвертора указывается как Полная мощность в ВА, а номинал электроприборов, чаще всего, как Активная мощность в Вт.

Если не выполнить пересчет указанной на приборах Активной мощности в Полную, ошибочно можно выбрать недостаточный номинал инвертора.

Итак, порядок расчета суммарной мощности следующий:

1. перечисляем всех электропотребителей, подлежащие защите;
2. суммируем их мощности;
3. приводим результаты к одной единице измерения мощности (лучше в ВА)

Если в паспорте указана активная мощность и коэффициент cosφ, то легко пересчитать ее в полную мощность. Для этого активную мощность в Вт нужно разделить на cosφ. Например, если на изделии написано активная мощность составляет 600 Вт и cosφ = 0.6, то это означает, что потребляемая полная мощность будет равна 600/0.6=1000 ВА.

Если cosφ не указан, то для примерного расчета принимаем его равным 0.7.
Р (ВА) = Ра (Вт)/0.7
Для приборов, имеющих только активную нагрузку, cosφ = 1.    Р (ВА) = Ра (Вт)


Пример расчета резервируемой мощности на базе типовых данных смотрите здесь


вверх

Учет пусковой мощности

Следует учесть еще один важный момент — пусковые токи. Любой электродвигатель (компрессор) в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в номинальном режиме.

Соотношение величины потребляемого тока в момент пуска (включения) устройства к величине тока в установившемся режиме работы называется кратностью пускового тока.

Кратность зависит от типа и конструкции электродвигателя, наличия или отсутствия устройства плавного запуска, и может иметь значение от 3 до 7.

Во избежание перегрузки ИБП в момент включения прибора с электродвигателями (погружной насос, холодильник, дрель), паспортную потребляемую мощность нагрузки необходимо умножить, как минимум, на 3 (лучше на 5). Компьютеры, мониторы имеют пусковые токи, превышающие номинальный в 3 раза. Длительность пускового тока составляет от 0.25 до 0.5 сек.

Суммарная пусковая мощность не рассчитывается, потому что складывать её имело бы смысл только при одновременном (с точностью до долей секунды) включения электроприборов.

Имеет смысл ориентироваться только на самую большую из пусковых мощностей.

ИБП или инвертор для дома должен выдерживать перегрузку не меньше суммарной мощности постоянной нагрузки и наибольшей из пусковых мощностей

Лучшие из «корпоративных» ИПБ выдерживают максимум полуторную пусковую перегрузку от своего номинала, в то время как инверторы для дома OutBack выдерживают двукратную перегрузку пусковыми токами.

Для  коттеджа  использование качественного инвертора выгоднее, чем использование корпоративного ИБП, потому что при равной резервируемой мощности потребуется ИБП, более мощный, чем инвертор.

вверх

вернуться на Бесперебойное питание коттеджа

Комбинированный расчет и схемотехнический анализ электромагнитных процессов однотактного автономного инвертора повышенной частоты для электротермии

Введение

Лондонское королевское общество по развитию знаний о природе, старейшая авторитетная научная организация Великобритании, около месяца назад опубликовало доклад «Знания, сети и нации». Исследование было посвящено глобальным процессам в научном мире. Главным показателем исследований стало число научных публикаций, которые появляются в специализированных журналах в той или иной стране.

В предисловии указывается, что Китай, Индия и Бразилия обладают прекрасным научным потенциалом. Россия, которая еще пять лет назад была наравне с этими странами, если и упоминается, то только для сравнения с более развитыми научными державами.

Авторы доклада подчеркивают два главных тренда. Во-первых, традиционные научные центры мира замедляют свое развитие, в то время как все большее влияние на мировую науку получают растущие экономики и молодые страны. Во-вторых, научное сотрудничество объединяет все больше ученых и становится интернациональным.

В докладе отмечается, что западные страны в скором времени увидят, как замедляется их прогресс. Через три года Китай опередит США в научном отношении. Сегодняшние прогнозы о развитии мировой науки не сулят триумфа России. С нашей страной авторы доклада будущее мировой науки не связывают.

В России давно определились два отдельных плохо связанных между собой направления научной деятельности:

• Вузовская наука, целью которой является подготовка научных кадров и где, к сожалению, воспроизводятся не лучшие традиции СССР — келейность и чинопочитание.
• Прикладная наука, сконцентрированная в специальных организациях — конструкторских технологических бюро (СКТБ) при больших предприятиях или вузах.

Результаты научных исследований публикуются в различных печатных материалах — патентах, статьях, бюллетенях научно-технической информации и отчетах, в том числе и секретных. К сожалению, в настоящее время объем полезной информации, который можно почерпнуть из опубликованных работ, уменьшается. Это объясняется, в частности, объективными причинами — сокращением тематики научных исследований и недостаточным тиражом научно-технических изданий в надежде на распространение информации в Интернете. Кроме того, произошла неочевидная подмена патентов на изобретения патентами на полезные модели, экспертиза которых на мировую новизну не проводится. Это привело к снижению внимания к научным публикациям и падению престижа научных исследований в России. В настоящее время осталось немного изданий, поддерживающих необходимый уровень технических публикаций, как, например, журнал «Компоненты и технологии» и его приложения.

В рамках одного из основных научных направлений Уфимского государственного авиационного технического университета — исследования и разработки полупроводниковых преобразователей частоты для индукционного нагрева и плавки металлов — с 1970 г. по настоящее время СКТБ «Вихрь» при УГАТУ изготовлено более 1500 мощных тиристорных преобразователей частоты (ТПЧ), которые работают в России и за рубежом. Созданы тиристорные преобразователи частоты мощностью 30–320 кВт с выходной частотой 1–22 кГц, которые используются в установках для индукционного нагрева, закалки и плавки металлов. По результатам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИР и ОКР) по тематике научного направления опубликованы сотни статей, изданы десятки сборников научных трудов, проводились всесоюзные научные конференции, зарегистрированы сотни патентов на изобретения в СССР, России и за рубежом. В настоящее время эта работа в СКТБ УГАТУ практически заторможена, но в Уфе появилось много новых организаций, научные работники которых, следуя давно сложившимся традициям, продолжают активно публиковать материалы исследований в научных журналах, среди которых и «Силовая электроника».

Все уфимские преобразователи имеют в своем составе нерегулируемый трехфазный выпрямитель Ларионова и автономный резонансный инвертор тока, выполненный по несимметричной, или мостовой, схеме. В тиристорных инверторах, как правило, осуществляется частотное регулирование выходной мощности, компенсирующее колебания сетевого напряжения и изменение эквивалентного сопротивления нагрузки в течение технологического процесса [1].

Известно, что колебательная нагрузка статических преобразователей частоты может настраиваться на различные гармоники выходного тока тиристорных полирезонансных инверторов, как правило, от первой до третьей. К настоящему времени предложено значительное количество схемных решений таких полирезонансных инверторов, разработаны методы анализа электромагнитных процессов и характеристик. Однако применение распространенных расчетных методов для автономных инверторов не всегда эффективно, так как в них принимаются допущения, которые не позволяют выявить существенные особенности работы резонансных нагрузок. Среди наиболее часто используемых нами методов теоретического расчета полирезонансных тиристорных инверторов в первую очередь укажем на метод интегральных соотношений и метод базового режима [2–5].

Принципиальным вопросом при анализе автономных тиристорных инверторов является способ эквивалентного представления нагрузки в расчетных схемах. Использованная в [5–8] методика расчета основывается на анализе линейной нестационарной модели резонансного инвертора с колебательной нагрузкой в определенном режиме, называемом базовым. В этой методике определяются фиксированные моменты коммутации тиристоров автономного инвертора и рассматривается максимальный, в энергетическом отношении, режим работы электротермической установки.

Ниже приводится апробированная методика расчета, в которой определение коэффициентов разложения по Фурье для выходного тока полирезонансного тиристорного несимметричного инвертора производится с целью выявления базового режима работы — режима максимальной мощности, для которого и следует рассчитывать характеристики тиристорного преобразователя частоты.

Теоретический анализ автономного инвертора

Рассмотрим анализ простого последовательного инвертора, изображенного на рис. 1. Его схема характерна для большого числа разработок уфимских преобразователей [9–12].

Рис. 1. Принципиальная схема одноячейкового полирезонансного тиристорного инвертора

Заметим, что если в силовой схеме инвертора используется ограниченное число силовых компонентов и поэтому они выполняют одновременно несколько функций, теоретический анализ автономного инвертора будет сложнее. Для упрощения анализа электрическую схему инвертора обычно рассчитывают по эквивалентным схемам замещения с известными допущениями, основными из которых являются следующие: источник питания — идеальный источник тока; тиристор и диод — идеальные переключатели с определенной коммутирующей функцией; резонансная нагрузка инвертора обладает высокой добротностью в сравнении с низкой добротностью контура коммутации, образованного реактивными элементами колебательной цепи инвертора.

Основной трудностью при расчете электромагнитных процессов автономного инвертора является определение граничных напряжений для межкоммутационных интервалов. В практических случаях добротность нагрузочного колебательного контура инвертора достаточно велика, поэтому под действием периодического выходного тока инвертора в резонансной нагрузке инвертора устанавливаются квазисинусоидальные колебания.

Через вентильную пару с двусторонней проводимостью в автономном инверторе осуществляется циркуляция реактивной мощности, это приводит к параметрической стабилизации внутренних токов и напряжений на элементах силовой схемы при изменении эквивалентного сопротивления нагрузки. В этом смысл присутствия в схеме автономного инвертора обратного неуправляемого диода, включенного параллельно тиристору.

В дальнейшем анализе приняты допущения об идеализированных силовых вентилях. Считаем также, что индуктивность входного дросселя позволяет пренебречь пульсациями входного тока.

С учетом принятых допущений, анализ электромагнитных процессов в автономном инверторе приводится к расчету линеаризованной модели в пределах одной коммутации силовых вентилей. Вентильная пара может быть представлена в расчетной модели инвертора коммутирующей функцией.

На рис. 1 представлена принципиальная электрическая схема несимметричного одноячейкового полирезонансного тиристорного инвертора. На ней изображена параллельная схема замещения колебательного контура нагрузки.

Согласно электрической схеме, входной ток инвертора I_d, формируемый дросселем постоянного тока L_d и протекающий через несимметричный коммутатор V₁ и V₂, вызывает в колебательной цепи инвертора L_К, C_К и нагрузке инвертора колебательный ток i_К. После периода замкнутого состояния коммутатора в инверторе формируется пауза — разомкнутое состояние вентильного коммутатора. Пауза существенно необходима для предотвращения режима короткого замыкания источника питания инвертора. Длительностью паузы изменяется рабочая частота инвертора и регулируется содержание гармоник в кривой выходного тока.

При уменьшении паузы возрастают напряжения на элементах инвертора. Так как тиристор — элемент с неполной управляемостью, необходимо осуществить принудительную его коммутацию, то есть обеспечить необходимый интервал восстановления управляемости приложением к тиристору напряжения с обратной полярностью.

Тиристор включается короткими импульсами, которые подаются с переменной частотой в интервале выделения основной гармоники выходного тока — первой, когда частота импульсов управления и частота колебательной нагрузки совпадают, второй — если частота контура нагрузки увеличивается вдвое, третьей — когда частота импульсов управления втрое ниже частоты тока в колебательном контуре нагрузки.

Временные диаграммы на рис. 2 показывают ток коммутирующего контура полирезонансного тиристорного инвертора i_к, а также напряжение на нагрузке u_Н1 для режима работы на первой гармонике выходного тока и напряжение на нагрузке u_Н2 для режима на второй гармонике. Как будет показано далее, настройка на третью гармонику возможна, но представляет лишь гипотетический интерес.

Рис. 2. Временные графики выходного тока и напряжений несимметричного инвертора

В настоящее время общепринятым является представление нагрузки тиристорного инвертора колебательным контуром, который настроен на основную либо кратную ей гармонику выходного тока.

При аналитическом расчете обычно принимается допущение о достаточно большой величине дросселя постоянного тока, что позволяет исключить рассмотрение гармоник во входном токе инвертора. Для мостового инвертора обоснованность этого допущения показана в [13]. Для несимметричного инвертора это допущение проверяется на схемотехнической модели.

Приведенные соображения дают основание напряжение на нагрузке заменить его первой гармоникой. В этом случае точность представления нагрузки в расчетах достаточна для инженерного анализа. Соответственно, это может служить физическим обоснованием адекватности нагрузочного колебательного контура эквивалентному источнику гармонической ЭДС по первой гармонике:

где U_m1 = I_m1Z_Н1 — напряжение на нагрузке; ψ₁ = λ₁+φ₁ — начальная фаза; ω_Н = 2π/T_У — угловая частота.

Заметим, что если за период разложения по Фурье принять период выходного тока инвертора, то фазовый сдвиг контура нагрузки совпадет со сдвигом напряжения на нагрузке относительно момента отпирания тиристора. Амплитуду источника эквивалентной ЭДС, частоту управления инвертором, а также фазовый сдвиг нагрузки считаем независимыми переменными. Вариация независимых переменных соответствует изменению параметров нагрузки инвертора, поэтому на любой стадии расчета инвертора возможен переход к другим переменным, характеризующим влияние нагрузки.

На рис. 3 приведена эквивалентная схема замещения полирезонансного инвертора, изображенная согласно общепринятым допущениям об идеальных полупроводниковых вентилях.

Рис. 3. Расчетная схема несимметричного полирезонансного инвертора

Особенностью математической модели инвертора является фиксирование расчетных интервалов. Основным затруднением при анализе математической модели автономного инвертора является нелинейная зависимость расчетных интервалов при изменении нагрузки. Для рассматриваемой модели определяющим интервалом, рассмотрение которого решает проблему фиксации расчетных моментов, является интервал совместной проводимости вентильной пары.

Рассмотрение работы инвертора показывает, что при достаточной индуктивности входных дросселей постоянного тока L_d≥10L_К длительность интервала совместной проводимости тиристора и диода равна полупериоду собственных колебаний. Увеличение выходного тока, как следствие возрастания нагрузки инвертора, несколько уменьшает длительность указанного интервала. Этим можно объяснить опережающее увеличение выходного тока системы в сравнении с коммутационной полуволной колебательного тока.

Определение интервала совместной проводимости тиристора и диода автономного инвертора показало, что в рабочем диапазоне изменения выходного напряжения изменение длительности расчетного интервала не превышает 10%.

Таким образом, выявлено, что можно исключить зависимость расчетного интервала от изменения электротермической нагрузки и считать его равным полупериоду собственных колебаний коммутирующего контура, а время проводящего состояния вентильной пары, в определенном диапазоне, не зависит от изменения параметров нагрузки. Данное допущение обусловлено тем, что период собственных колебаний контура изменяется незначительно, не более чем на 5%. Это позволяет в расчетной модели заменить вентильную пару тиристор–диод ключом с коммутирующей функцией F_К. Время проводящего состояния вентильной пары принимается равным Т₀. Последнее утверждение проверяется в процессе схемотехнического моделирования.

На рис. 4 приведена коммутирующая функция расчетной схемы полирезонансного несимметричного автономного инвертора (снизу), изображенная относительно импульсов управления тиристорами (сверху). Интервал времени Т₀ есть величина постоянная, а интервал Т_У соответствует периоду управления тиристором, включая интервал паузы.

Рис. 4. Коммутирующая функция расчетной схемы полирезонансного инвертора

Изложенные допущения позволяют определить следующее выражение тока коммутирующего конденсатора инвертора в интервале проводимости вентилей:

где

— волновое сопротивление; ω₀ = 2π/T₀ — собственная частота коммутирующего контура; q = ω_Н/ω₀ — относительная частота нагрузочного контура.

В течение рассматриваемого интервала напряжение на конденсаторе изменяется на величину

потому что

При ψ_m = π(1–q) разность ΔU_c достигает максимального значения:

Для фиксированных значений переменных равенство (3) является условием максимального демпфирующего действия эквивалентного генератора на коммутирующий контур.

При совпадении собственных частот коммутирующего и нагрузочного контуров ток коммутирующего конденсатора в интервале проводимости вентилей равен

поэтому ΔU_cm = πU_m.

Значения переменных q = 1 и ψ = 0 соответствуют семейству кратных режимов инвертора.

Схемотехническая модель инвертора

На рис. 5 приведен файл схемотехнического моделирования, созданный в программе Electronic Microcomputer Circuit Analysis Program для уточнения основных положений методики расчета несимметричного полирезонансного инвертора. Принципиальным отличием схемы на рис. 5 относительно рис. 1 является наличие импульсного генератора, который управляет моментами включения тиристора в расчетной схемотехнической модели и превращает ее в симулятор.

Рис. 5. Файл схемотехнического моделирования полирезонансного инвертора

Минимальные отличия в изображении этих схем объясняются произведенным редактированием силовых компонентов по правилам российского стандарта с помощью встроенного графического редактора Component Editor. В расчетных файлах Micro-Сap необходимо указать конкретные параметры схемотехнических элементов, используемых при моделировании. Это особенность PSpice-моделей, используемых практически всеми программами схемотехнического моделирования или симуляторами. Существенных упрощений схемотехнический файл не требует — тиристор и диод представлены по всем значимым параметрам, а установленные параметры катушек индуктивностей и конденсаторов, при необходимости, учитывают и активные потери.

На рис. 6 показано рабочее окно Electronic Microcomputer Circuit Analysis Program программы Micro-Cap 10, на котором выделено условное изображение импульсного генератора, панель PSpice-параметров генератора и показана форма и параметры импульсов управления тиристором.

Рис. 6. Условное графическое изображение и PSpice-модель генератора импульсов для тиристорного инвертора

На схемотехнической модели кратный режим соответствует настройке частоты нагрузки тиристорного инвертора на определенную гармонику выходного тока. Частота резонанса выявляется проведением частотного анализа (AC Analysis).

Добротность нагрузочного колебательного контура при индукционном нагреве металлов достаточно большая (3≤Q≤10), поэтому под действием периодического выходного тока полирезонансного инвертора на его нагрузке устанавливается почти синусоидальное напряжение. Это является физическим обоснованием, чтобы в расчетной модели инвертора (рис. 3) нагрузку представить эквивалентным генератором синусоидальной ЭДС и представить его на рис. 5 параллельной схемой замещения высокой добротности.

На рис. 7 показана амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) резонансной нагрузки автономного инвертора. Резонансная частота составляет 2,662 кГц, соответственно устанавливается период импульсного генератора управления тиристором инвертора.

Рис. 7. АЧХ резонансной нагрузки автономного инвертора

График уравнения (1) получаем инициированием анализа переходных процессов (Transient Analysis) в схемотехнической модели рис. 5. Графики токов несимметричного инвертора с нагрузкой на первой гармонике выходного тока на интервале до установившейся величины показаны на рис. 8. На диаграмме, для наглядности, все токи показаны в единых координатах.

Рис. 8. Графики токов несимметричного инвертора с нагрузкой на первой гармонике выходного тока

Особенностью режима «первой гармоники» является повышенная мощность, определяемая средней величиной входного тока инвертора, показанной на графике (I_d = 213 А). Отметим отличие временных графиков токов и напряжений, полученных в ходе схемотехнического моделирования, от аналогичных по внешнему виду графиков, полученных на аналоговых и цифровых осциллографах. Расчетные кривые получены с максимальной точностью, соответствующей глобальной установке программы расчетов, а результаты могут быть выведены в инженерном виде с необходимой точностью. Для указания токов, напряжений и др. величин компонентов силовых схем инверторов достаточно их целочисленного значения.

Базовый режим несимметричного инвертора и исследование его гармоник тока

Из условия коммутации для кратных и, в частности, базового режима определяем время, предоставляемое для восстановления управляемости тиристоров:

Из этого выражения определяем следующее условие для указанных напряжений инвертора:

Определим длительность паузы в рабочем токе инвертора следующим образом:

где η = Т_У/Т_Н; Т_У и Т_Н — периоды импульсов управления и напряжения на нагрузке.

Во время паузы напряжение на конденсаторе получает приращение:

Приравнивая выражения (2) и (5), получаем:

Расчетный режим определяется максимумом выражения (5), который соответствует экстремальному значению угла ψ из выражения (3):

Базовым режимом несимметричного инвертора является работа на второй гармонике выходного напряжения, для которой Т_Н = Т₀, Т_У = 2Т_Н и ψ = 0. Величины, характеризующие базовый режим, далее обозначаем индексом «б».

Для кратных и базового режима соответственно:

где К = Т_У/Т₀ — коэффициент кратности рассматриваемого режима инвертора.

Определяем величину начального напряжения на коммутирующем конденсаторе следующим образом:

Для расчетного, кратных и базового режимов для второй гармоники инвертора получаем соответственно:

Напряжение на вентильной паре инвертора в начальный момент времени равно:

Для расчетного, кратных и базового режима:

Наиболее общим является расчет с произвольной величиной параметра ψ.

Использование полученных выражений целесообразно для анализа частотного способа регулирования мощности или выходного напряжения автономных инверторов. Расчетные выражения используются нами при определении параметров наиболее выгодных в энергетическом отношении режимов работы инверторов и позволяют учесть особенности частотного управления. Для максимума мощности в нагрузке инвертора начальная фаза колебаний определяется следующим образом:

где Z*_(К) — комплексное сопротивление нагрузки на частоте К гармоники выходного напряжения инвертора; А_(К) и В_(К) — коэффициенты разложения выходного тока инвертора по Фурье в интервале одного периода.

Мощность, передаваемая инвертором в нагрузку:

Таким образом определяются параметры резонансных тиристорных инверторов в принятой системе независимых переменных. Естественным является вопрос, существуют ли кратные и, в частности, базовый режим при работе на колебательный контур других резонансных схем автономных инверторов и насколько они отличаются. Утвердительный ответ на этот вопрос зависит от доказательства существования такого колебательного контура, который при заданном периодическом действии тока имеет необходимую амплитуду напряжения и фазу, совпадающую с замещающим его в эквивалентной схеме генератором. Для этого достаточно показать существование гармоник тока нагрузки для кратных режимов инвертора.

Определим амплитуду первой гармоники тока нагрузки, которая для кратных режимов полностью определяется коэффициентами Фурье.

Для резонансных несимметричных инверторов с естественной коммутацией:

Используем известные интегральные соотношения, из которых следует, что мощность, выделяемая в нагрузке инверторов со встречными диодами, равна:

Определяем величину активного сопротивления нагрузочного контура для полирезонансных инверторов со встречными диодами:

Расчетами установлено, что фазовый сдвиг напряжения на нагрузке относительно первой гармоники выходного тока несимметричного инвертора составляет ψ = –arctg(U_Н/8U_d), максимальная величина фазового сдвига ψ_max = –0,158, при этом cosψ_max = –0,987.

Для несимметричного инвертора коэффициенты первой гармоники разложения выходного тока (11) окончательно [6] определяются так:

С учетом выражений (15) и (16) первая гармоника тока нагрузки несимметричного автономного инвертора определится уравнением (17),

где

Полученные уравнения используются для анализа электромагнитных процессов в инверторе, работающем с базовой кратностью на первой и второй гармонике.

Схемотехническое исследование гармоник тока несимметричного инвертора

Рис. 9 показывает содержание гармоник в токе нагрузочного колебательного контура схемотехнического файла рис. 5. Гармоники получены разложением в ряд Фурье графика выходного тока инвертора и применением цифровой обработки (DSP) одного периода расчета переходных процессов для квазиустановившегося режима инвертора. В выходном токе инвертора содержание гармоник меняется при изменении частоты управления тиристором. На рис. 9 показана форма выходного тока, соответствующая базовому режиму инвертора на первой гармонике.

Рис. 9. Содержание гармоник в кривой одного периода выходного тока инвертора

Из рис. 9 видно, что амплитуды высших гармоник монотонно снижаются и, следовательно, на второй гармонике мощность инвертора снижается незначительно, а выходная частота увеличивается в два раза. Это полезное свойство тиристорного автономного инвертора, которое позволяет использовать низкочастотные, более дешевые, тиристоры при работе на повышенной частоте.

На рис. 10 показано содержание гармоник в кривой тока контура нагрузки несимметричного полирезонансного инвертора. Показан рассчитанный график гармоник в нагрузке, в которой основной гармоникой является вторая, имеющая амплитуду втрое больше (1,73 кА на частоте 2,5 кГц), чем первая (472 А), что соответствует установленным параметрам схемотехнической модели и напряжению питания 520 В. В Фурье-разложении выходного тока инвертора отсутствует постоянная составляющая, так как на выходе инвертора имеется конденсатор.

Рис. 10. Анализ содержания гармоник в кривой тока контура нагрузки несимметричного полирезонансного инвертора

Приведенные расчетные соотношения проверяются анализом гармоник в ходе схемотехнического моделирования. Из выполненного анализа следует, что для несимметричной схемы инвертора основной гармоникой для базового режима инвертора следует считать вторую гармонику. При необходимости повышения выходной мощности инвертора можно использовать первую гармонику выходного тока, но при этом значительно возрастает установленная мощность реактивных элементов.

Проверка средствами схемотехнического моделирования созданных тиристорных полирезонансных инверторов позволила в ряде случаев рекомендовать изменение настройки рабочих режимов, в частности, перестройку колебательного контура нагрузки на другую гармонику выходного тока тиристорного инвертора. В настоящее время нами пополняется библиотека схемотехнических файлов резонансных инверторов и уточняются параметры PSpice-моделей входящих в них элементов [12–14].

Таким образом, в данной статье изложены особенности комбинированного расчета и анализа автономного полирезонансного инвертора, применяемого в высокочастотных электротехнических комплексах термического назначения, работающих на колебательную нагрузку.

Изложенная методика рассматривает кратные режимы работы резонансных инверторов и позволяет произвести анализ базовых режимов на первой, второй и т. д. гармониках. Расчеты позволяют выявить режим максимальной мощности полирезонансных инверторов. Оригинальным в статье является расчет и анализ гармоник выходного тока для несимметричной схемы автономного инвертора, а также проверка этих гармоник на созданной схемотехнической модели.

Мы показали, что базовый режим автономного инвертора дает возможность определить энергетические ресурсы инвертора при минимальной установленной реактивной мощности силовых элементов. Опыт проектирования одноячейкового инвертора позволил разработать тиристорные электротехнологические установки с рабочей частотой 25–50 кГц, эффективные с точки зрения технико-экономических показателей при индукционном нагреве под закалку деталей.

Как показано выше, проблемы анализа электроэнергетических режимов инвертора в традиционном ее понимании больше нет. При этом важность, в первую очередь, приобрела задача повышения эффективности использования располагаемых энергетических ресурсов, решаемая методами PSpice-моделирования.

Выводы

При расчете кратных режимов автономного несимметричного полирезонансного инвертора для выявления располагаемых энергетических ресурсов необходимо принимать режим с базовой кратностью К_б = 2. Расчет характеристик этого инвертора необходимо производить для соответствующего кратного режима.

Сравнение характеристик полирезонансных автономных инверторов следует производить для базового режима, который выявляет условие максимального использования установленной мощности силовых элементов.

Схемотехническое моделирование автономного полирезонансного тиристорного инвертора не только использует результаты теоретических расчетов, но и существенно уточняет, а также дополняет их результаты.

Литература

1. Шапиро С. В., Зинин Ю. М., Иванов А. В. Системы управления с тиристорными преобразователями частоты для электротехнологии. М.: Энергоатомиздат. 1989.
2. Беркович Е. И., Ивенский Г. В., Иоффе Ю. С., Матчак А. Т., Моргун В. В. Тиристорные преобразователи высокой частоты. Л.: Энергия. 1973.
3. Гутин Л. И. Основы интегрального метода анализа преобразовательных схем // Межвуз. научн. сб. трудов. Уфа. 1976. № 6.
4. Ройзман П. С., Зинин Ю. М., Марон В. М., Иванов А. В. Метод базового режима для инженерного расчета автономных инверторов с обратными диодами // Электромеханика. Известия вузов. 1981. № 4.
5. Зинин Ю. М., Марон В. М., Иванов А. В. Методика расчета резонансных инверторов для электротермии // Преобразовательная техника. 1983. № 10 (156).
6. Зинин Ю. М. Анализ интервала восстановления управляемости тиристора в несимметричном инверторе // Электричество. 2006. № 10.
7. Зинин Ю. М. Анализ гармоник выходного тока тиристорных полирезонансных инверторов // Электричество. 2008. № 8.
8. Зинин Ю. М. Анализ электромагнитных процессов в мостовом резонансном инверторе с обратными диодами // Электричество. 2009. № 9.
9. Зинин Ю., Рахимова И. Мостовая схема тиристорного инвертора тока для установок индукционного нагрева металлов // Силовая электроника. 2009. № 3.
10. Валиуллина З., Зинин Ю. Тиристорные инверторы с обратными диодами для преобразователей частоты в установках индукционного нагрева металлов // Силовая электроника. 2007. № 4.
11. Зинин Ю. Spice-модели ферромагнитных компонентов тиристорного преобразователя частоты для трубогибной установки с ВЧ-нагревом // Силовая электроника. 2011. № 1.
12. Зинин Ю. Определение энергетического баланса реактивных мощностей в индукторной нагрузке тиристорного преобразователя частоты методом схемотехнического моделирования электромагнитных процессов // Силовая электроника. 2010. № 5.
13. Зинин Ю. Комбинированный расчет электромагнитных процессов в схеме мостового инвертора с удвоением частоты // Силовая электроника. 2011. № 2.
14. Аитов И., Камалетдинова Р. Вопросы проектирования систем и элементов защиты тиристорных преобразователей частоты для электротехнологических установок. Часть 5. // Силовая электроника. 2011. № 2.

Расчет выходного фильтра ШИМ-инвертора на заданный коэффициент гармоник напряжения на нагрузке

В наше время бурного роста силовой преобразовательной техники трудно себе представить линейный блок питания у современного бытового прибора. Например, в отличие от предшественника, имеющего вторичный источник питания (ВИП) весом несколько килограммов, современный телевизор получает питание от импульсного многоканального источника с несравнимо меньшими массой и габаритами, обладающего большими функциями и возможностями. Причем частоты преобразования энергии стали намного выше стандартных пятидесяти герц обычной сети и с развитием элементной базы постоянно повышаются. Конечно, нельзя утверждать, что импульсная силовая электроника полностью вытеснила линейную (например, высококачественные усилители звуковой частоты комплектуются только линейными источниками питания, так как импульсные ВИПы являются источниками недопустимых для устройств данного класса помех), но то, что в настоящее время она заняла доминирующее положение, — несомненно. Причем это характерно для большого класса устройств, преобразующих электрическую энергию: преобразователей тока и напряжения, преобразователей частоты, приводов электрических машин.

Вот и современные DC-AC преобразователи, в терминологии преобразовательной техники — инверторы, строятся с применением высокочастотных импульсных схем, что позволяет более точно воспроизводить требуемый вид напряжения на выходе, с возможностью регулирования уровня и частоты, а также формы сигнала при помощи только системы управления. Данные принципы построения инверторов применяют практически везде, где требуется преобразовать энергию постоянного тока в энергию переменного тока, например для питания обычных бытовых приборов от химических источников питания постоянного тока на автономных транспортных средствах, или как часть источников бесперебойного питания для обслуживания особо критичных компьютерных, телерадиокоммуникационных систем, медицинской техники, или для создания приводов управления электрическими двигателями. Да и мало ли еще какие задачи ставит жизнь перед разработчиками преобразовательной техники, где необходимо использование устройств подобного класса.

Инверторы в своей массе строятся на основе самых разнообразных схемных решений в зависимости от конкретного назначения. Нас же, исходя из темы разговора, интересуют в основном автономные инверторы напряжения с какой-то формой выходного сигнала, в частном случае, как наиболее часто востребованной, синусоидальной формой. Обычно форма сигнала формируется по средствам ШИМ, то есть при помощи изменения ширины импульса на отрезках квантования, на которые разбивается весь период сигнала, что в конечном итоге изменяет амплитуду выходного напряжения в пределах данного интервала после фильтрации. Но из-за дискретности преобразования сигнал получается не идеально сглаженным, в нем присутствуют высокочастотные гармонические составляющие, да и диапазон регулирования уровня сигнала на выходе увеличивает коэффициент гармоник. Вот здесь и встает вопрос о фильтрации этих высокочастотных гармонических составляющих на выходе инверторов для того, чтобы они никак не сказывались на работе потребителя. Зачем, спросите вы, такие тонкости, как расчет выходного фильтра на заданный коэффициент гармоник инвертора привода для питания, например, асинхронного двигателя? И наверное, будете правы, так как сам двигатель является отличным индуктивным фильтром. Но несомненно, существуют применения, где выходное синусоидальное напряжение просто необходимо, — не какое-нибудь, больше похожее на меандр с кучей высокочастотных гармонических составляющих, которые вызывают дополнительные потери мощности, помехи и риск возникновения резонансных процессов, а именно синусоидальное. Например, источники бесперебойного питания серьезных и уже давно зарекомендовавших себя фирм-производителей для критичных применений на выходе имеют именно синусоидальное напряжение. Да и множество приборов и устройств рассчитано именно на синусоидальное питающее напряжение, допуская некоторые отклонения по нелинейности. Поэтому-то вопрос расчета фильтра на заданный коэффициент гармоник столь важен в современной преобразовательной технике, так как является необходимым условием нормального функционирования приборов и устройств потребителей, задавая ограничение по нелинейности выходного синусоидального сигнала.

В настоящее время в технической литературе достаточно широко и полно описываются алгоритмы расчета выходных фильтров выпрямителей на заданный коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке, с приведением необходимых формул и соотношений к ним. А вот с методикой расчета выходных фильтров инверторов на заданный коэффициент гармоник напряжения на нагрузке познакомиться довольно сложно, если не сказать, что практически невозможно. И в основном разработчики электронной техники, сталкиваясь с такой проблемой, решают ее опытным путем. Хотя экспериментальные данные наиболее правдиво отражают сложившуюся ситуацию, но все согласятся с автором в том, что постановка и проведение эксперимента — трудоемкий и кропотливый процесс, требующий, кроме того, и дополнительных финансовых затрат. Как этого избежать? Можно попытаться решить эту проблему аналитически, но это тоже довольно трудоемкая задача, требующая много времени, и никто не поручится за то, что вы сможете получить положительный результат. Что же делать? Я предлагаю воспользоваться вторым путем — решить эту проблему аналитически с некоторыми упрощениями и допущениями, перекладывая все сложные математические расчеты на «плечи» компьютера, а первый способ применить как проверку выдвинутого метода.

Суть предложенного метода заключается в раскладывании формы напряжения на выходе инвертора с помощью прямого быстрого преобразования Фурье (ПБПФ) в спектр амплитуд гармонических составляющих, «пропускания» через фильтр каждой гармонической составляющей в отдельности и последующего восстановления сигнала на выходе фильтра по средствам обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). Что же мы получаем? Мы получаем простую идею, основанную только на БПФ, результат применения которой хоть и не будет сверхточным применительно к реальным устройствам, причем точность будет в большей степени зависеть от примененных упрощений и допущений, нежели от точности вычислительного процесса, но тем не менее сможет дать представление об основных параметрах фильтра. Причем можно получить не только вид кривой напряжения на нагрузке, а следовательно, определить коэффициент гармоник, действующие значения напряжений первой и высших гармонических составляющих, но и вычислить фазовый сдвиг, обусловленный влиянием фильтра. И все же, каким бы простым ни казалось решение поставленной задачи, данный метод имеет свои нюансы применения. Для его реализации необходимо хотя бы представлять форму выходного напряжения инвертора и получить коэффициент передачи фильтра по напряжению от номера гармонической составляющей. Второе условие, как мне кажется, имеет довольно тривиальное решение, причем вид коэффициента передачи будет разным в каждом конкретном случае и будет зависеть не только от типа применяемого фильтра, от тех упрощений, которые будут допущены разработчиком, но и от конкретных условий технического задания на разрабатываемое устройство. А вот первое условие требует более детального изучения непосредственно алгоритма работы самого инвертора и его структуры.

Рассмотрим подробнее на конкретном примере предлагаемый способ расчета выходного фильтра инвертора на заданный коэффициент гармоник синусоидального напряжения на нагрузке. Пусть имеется мостовой инвертор (рис. 1), реализующий равномерную многократную однополярную ШИМ по синусоидальной функции построения с частотой выходного сигнала f = 50 Гц, частотой квантования fK = 1,2 кГц, и пусть требуется рассчитать параметры выходного Г-образного LC-фильтра, обеспечивающего на активной нагрузке R = 10 Ом коэффициент гармоник синусоидального напряжения не более КГ = 3%. Данный тип фильтра мы выбрали исходя из его оптимальных массо-габаритных показателей и большей эффективности по сравнению с обычными L- или C-фильтрами. Хотелось бы отметить, что в каждом конкретном случае выбор типа фильтра определяется только параметрами технического задания на проектируемое устройство и фантазией разработчика. Данный метод лишь помогает рассчитать основные параметры фильтра на основе той передаточной функции, которую разработчик выведет, основываясь на своих предпочтениях и умозаключениях по его типу и синтезированной структуре.

Рис. 1. Структурная схема преобразователя

Для расчета необходимо, как мы уже отметили выше, получить форму выходного напряжения инвертора. Поэтому сначала рассмотрим именно эту проблему. Примем для простоты все элементы в схеме идеальными, а все процессы, протекающие в инверторе, будем рассматривать на периоде выходного напряжения в установившемся режиме. Это допущение вполне оправданно, так как разработчики всегда пытаются минимизировать паразитные явления, которые оказывают негативное влияние на работу устройства. Все математические расчеты, построение графиков и диаграмм работы будем реализовывать на персональном компьютере с использованием пакета математических вычислений Mathcad [1].

Управляющие импульсы по синусоидальной функции построения получаем, как показано на рис. 2, путем сравнения управляющего выпрямленного синусоидального сигнала с пилообразным развертывающим напряжением. Имеем в результате широтномодулированную импульсную последовательность по синусоидальной функции построения, которую перераспределяем между ключами инвертора в соответствии с рис. 3, причем логическая единица соответствует замкнутому состоянию ключа, а логический ноль — разомкнутому.

Рис. 2. Импульсы по синусоидальной функции построения

Рис. 3. Импульсы управления ключами инвертора

В соответствии с полученным алгоритмом управления, принимая уровень постоянного напряжения на входе равным 10 В, строим диаграмму напряжения на выходе (рис. 4). Как видим, из постоянного напряжения на входе инвертора с помощью ШИМ получили двухполярное модулированное по синусоидальной функции построения напряжение на выходе инвертора. Раскладываем полученную функцию с помощью БПФ и определяем ее спектр амплитуд гармонических составляющих (рис. 5). Замечаем, что спектр состоит из первой гармонической составляющей (50 Гц) и массивов более высокочастотных гармоник, сконцентрированных возле частот, кратных частоте квантования (1,2 кГц, 2,4 кГц и т. д.). То есть данный спектр не содержит относительно низкочастотных гармонических составляющих (кроме первой), а только высокочастотные, и, следовательно, обычным LC-фильтром можно легко их отфильтровать, оставив только первую гармонику. Причем чем больше будет частота квантования, тем в более высоком частотном диапазоне окажутся массивы высокочастотных гармонических составляющих. Определим так же действующее значение выходного напряжения 7,955 В, действующее значение первой гармонической составляющей 7,071 В и рассчитаем коэффициент гармоник, который составит 51,525%.

Рис. 4. Форма выходного напряжения инвертора

Рис. 5. Спектр амплитуд гармонических составляющих

Рис. 6. Выходной фильтр

Теперь найдем функцию коэффициента передачи выходного фильтра от номера гармонической составляющей. Для этого составляем по эквивалентной схеме выходного фильтра (рис. 6) систему уравнений с использованием законов Кирхгофа и, производя простейшие математические преобразования, находим искомую функцию (1).

где  n — номер гармонической составляющей;
i — мнимая единица;
ω = 2×π×f— круговая частота выходного напряжения;
L — индуктивность дросселя фильтра;
С — емкость конденсатора фильтра;
R — сопротивление нагрузки.

Для дальнейших вычислений нам необходимо задаться начальными параметрами фильтра. Индуктивность дросселя принимаем равной L = 3 мГн, а емкость конденсатора находим из условия равенства волнового сопротивления фильтра сопротивлению нагрузки (2) для исключения резонансных явлений на одной из высокочастотных гармонических составляющих.

Перемножаем каждую гармоническую составляющую выходного напряжения инвертора на коэффициент передачи фильтра (рис. 7). Применяя БПФ, находим диаграмму напряжения на нагрузке, изображенную на рис. 8 на фоне идеального синусоидального напряжения, имеющего такие же амплитуду и фазовый сдвиг. Видим, что напряжение на нагрузке имеет синусоидальный характер с некоторыми искажениями из-за наличия высокочастотных гармонических составляющих, не полностью подавленных фильтром и фазовым сдвигом по первой гармонике, величиной 5,549 электрических градусов. Коэффициент гармоник напряжения на нагрузке составляет 9,739%. То есть фильтр с данными параметрами недостаточен для обеспечения на выходе коэффициента гармоник напряжения, требующегося в условии, при заданной выходной частоте и частоте квантования.

Рис. 7. Функция коэффициента передачи фильтра

Рис. 8. Напряжение на нагрузке

Поэтому рассчитываем по данному алгоритму коэффициент гармоник напряжения на нагрузке при различных параметрах фильтра с учетом выражений (1) и (2) от начального значения индуктивности дросселя, равного L = 3 мГн, с шагом DL = 0,25 мГн для тридцати значений. Получаем зависимость коэффициента гармоник выходного напряжения от индуктивности дросселя фильтра, график которой изображен на рис. 9. Производя расчеты при разных частотах квантования или выходных частотах инвертора, можно получить семейства подобных характеристик.

Рис. 9. Зависимость коэффициента гармоник от индуктивности дросселя

Теперь, исходя из зависимости, представленной на рис. 9, принимаем индуктивность дросселя фильтра равной L = 6 мГн, емкость конденсатора фильтра находим, с учетом выражения 2, равной C = 0,6 мкФ и, основываясь на приведенной выше методике, находим диаграмму напряжения на нагрузке (рис. 10). Видим, что напряжение на нагрузке имеет синусоидальный характер с некоторыми незначительными искажениями, причем фазовый сдвиг, обусловленный влиянием фильтра, увеличился до 11,176 электрических градусов. Коэффициент гармоник напряжения на нагрузке составляет всего 2,283%, что вполне удовлетворяет требуемому в условии значению. То есть мы нашли необходимые основные параметры фильтра при заданных выходной частоте и частоте квантования.

Рис. 10. Напряжение на нагрузке

Данная методика расчета фильтров применялась при разработке универсального лабораторного макета одно/трехфазного инвертора ШИМ (УМИШИМ-3/1) [2] и показала свою эффективность. На рис. 11 приведена осциллограмма напряжения на нагрузке при работе инвертора в режиме многократной равномерной двухполярной трехфазной ШИМ. Причем затраты времени на расчет были минимальны и составили порядка нескольких десятков минут, а сам расчет проводился на персональном компьютере, имеющем невысокую вычислительную мощность.

Рис. 11. Осцилограмма напряжения на нагрузке

Литература
1. Mathcad 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. Издание 2-е, стереотипное. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ». 1997.
2. Семенов В. Д., Матвеев К. Ф., Захаров А. А. Универсальный макет одно/трехфазного инвертора для проведения лабораторных работ по курсу «Преобразовательная техника». Материалы Всероссийской научно-методической конференции «Совершенствование систем управления качеством подготовки специалистов». 20–21 марта 2003 года, Красноярск, Россия. В двух частях. Часть вторая.

Правильный выбор оборудования для резервного электроснабжения

В данной статье мы расскажем о том, как правильно выбрать оборудование для резервного электроснабжения Вашего объекта с учетом параметров электрооборудования на объекте, требуемого времени автономной работы и прочих условий.

Для чего нужен инвертор

Качественное бесперебойное электроснабжение является важным критерием для любого объекта, будь то частный коттедж, офисное помещение или специализированный объект (например, узел связи в сфере телекоммуникаций).

Что такое инвертор? Инвертор это устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины частоты и/или напряжения.

Что такое внезапное исчезновение электроснабжения в жилом доме:

• потраченное время и нервы — никогда неизвестно как долго это продлится, а происходит это в 99% случае без предварительного уведомления
• потенциально вышедшее из строя дорогостоящее оборудование — плазменные панели, домашние кинотеатры, холодильники, насосные установки, котлы отопления и прочее; все это дополнительные, ненужные Вам расходы, которые никто не возместит
• безопасность Вашего дома — при отсутствии электричества дорогостоящее охранное оборудование и системы пожарной сигнализации становятся бесполезны
• в холодное время года более или менее длительное отключение питания приведет к тому, что котельное оборудование перестанет работать и отапливать Ваше жилище

Этот список может быть продолжен. Но главное, что это происходит при полном отсутствии вины и контроля с Вашей стороны, а затраты на возмещение таких аварий обычно ложатся на Ваши плечи.

Инвертор это надежное и технологичное решение этих проблем. Почему инвертор, а не генератор? Сравнению двух этих решений можно посвятить отдельную статью, которая в ближайшее время появится у нас на сайте.

Что такое временное отсутствие электроснабжения на промышленном объекте, например, на узле связи телекоммуникационной компании

• недовольные клиенты, расторгнутые договора, потеря прибыли
• испорченная профессиональная репутация
• потенциально вышедшее из строя оборудование — дополнительные, ненужные расходы (в дополнение к недовольным клиентам)
• безвозвратно потраченное время на решение проблем, связанных с перебоями в электроснабжении

Это основной перечень проблем, лежащих на поверхности. Почему инвертор, а не источник бесперебойного питания? На нашем сайте Вы найдете статью, посвященную сравнению этих двух решений — инвертор против ИБП.

Как определить необходимую мощность инвертора

В данной статье, в качестве примера, мы рассмотрим выбор оборудования (инвертора и аккумуляторных батарей) для частного дома.

Чтобы правильно выбрать инвертор 12-220 необходимо знать, какая нагрузка может быть включена одновременно и характер этой нагрузки (активный или реактивный). Общая суммарная мощность нагрузки определит понимание того, какой номинальной мощности инвертор нам потребуется.

Типы нагрузки

Для оценки мощности нам пригодится немного скучной, но крайне необходимой и полезной теории.

При оценке мощности нагрузки необходимо учитывать полную мощность. Полная мощность (измеряется в вольт-амперах, ВА) — это вся мощность, потребляемая электроприбором. Она состоит из активной мощности (измеряется в Ваттах, Вт) и реактивной мощности (измеряется в вольт-амперах) составляющих.

Активные нагрузки это такие нагрузки, у которых вся потребляемая электроэнергия переходи в тепло. Сюда можно отнести лампы накаливания, утюг, электрическую плиту, обогреватель и прочее.

Реактивные нагрузки — фактически это все остальное. Сюда можно отнести люминесцентные лампы, приборы с электродвигателями (холодильник), трансформаторы, блоки питания современной бытовой техники.

Расчет активной нагрузки крайне прост — 1 кВт равен 1 кВА. Соответственно, если на приборе указана потребляемая мощность 1 кВт, то полная мощность будет равна 1 кВА. В этом случае нам подойдет инвертор номинальной мощностью до 1 кВт. Однако, на практике, всегда необходимо закладывать запас 15-20% от номинальной нагрузки.

Реактивные нагрузки используют не всю переданную им энергию. Они частично запасают ее с последующей отдачей в электрическую цепь. Соответственно для них полная мощность P, необходимая для работы, больше чем активная мощность Pa. Она рассчитывается по формуле P=Pa/cosφ.

Это очень важно, поскольку номинальная мощность инвертора указывается в ВА, а номинальная мощность электроприборов зачастую указана в Вт (только активная составляющая). Не учитывая прирост мощности, расчет будет произведен ошибочно и будет выбран инвертор недостаточной номинальной мощности.

Величина cosφ, в некоторых случаях, указана в документации на прибор.

Например, на приборе указано, что активная мощность составляет 700 Вт, а cosφ равен 0,5. Полная мощность, потребляемая таким прибором, составит P=Pa/cosφ=700/0,5=1400 ВА.

Если величина cosφ не указана ни на приборе, ни в документации на него, данный коэффициент принимается равным 0,7. В этом случае формула будет иметь вид P=Pa/0,7.

Пусковая мощность

Крайне важно при расчете не забыть учесть пусковые токи. Дело в том, что любой электродвигатель в момент его запуска, потребляет электроэнергию в несколько раз больше, чем в установившемся режиме работы. Эта величина называется кратностью пускового тока.

В зависимости от типа электродвигателя, наличия или отсутствия устройства плавного запуска он варьируется от 3 до 7. В момент запуска электрических приборов с электродвигателями (насосы, электрические дрели, холодильники) потребляемую мощность нагрузки необходимо умножить как минимум в 3-5 раз. Длительность пусковых токов обычно составляет от 0,25 до 0,5 с.

Суммарно пусковую мощность не рассчитывают, поскольку это означало бы одновременный запуск (с точностью до долей секунды) всех электроприборов, что практически не происходит. При расчете необходимо ориентироваться на максимальную величину из всех электроприборов такого типа.

Подведем итог — инвертор должен выдерживать перегрузку не меньше суммарной мощности постоянной нагрузки и наибольшей из пусковых мощностей.

Типовой расчет

В частном доме с большой вероятностью одновременно будут работать следующие приборы

Прибор	Мощность	Кол-во	Нагрузка	Пусковая мощность	Часов в день	Потребление в сутки	Среднечасовая нагрузка
электролампа	75 Вт	4	300 ВА	1500 ВА	5	1500 кВА-ч	150 ВА
холодильник*	250 Вт	1	357 ВА	1071 ВА	6	2142 кВА-ч	89 ВА
телевизор	400 Вт	1	400 ВА	2000 ВА	5	2000 кВА-ч	200 ВА
котел	150 Вт	1	150 ВА	450 ВА	24	3600 кВА-ч	150 ВА
циркуляционный насос	90 Вт	4	516 ВА	1548 ВА	24	12384 кВА-ч	516 ВА

* в отличии от остальных приборов в таблице, работающих непрерывно, холодильник работает примерно 15 минут в час.

Итого потребляемая мощность постоянно работающих приборов составляет 1723 ВА.

На непродолжительное время могут включаться достаточно мощные потребители. Среди них насосы водоснабжения или привод автоматических ворот. Естественно, что при работе от  батарей не нужно использовать, например, стиральную машину. Однако, использовать чайник вполне допустимо, поскольку в пересчете на среднечасовые показатели это мало повлияет на разряд батарей.

 

Прибор	Мощность	Кол-во	Нагрузка	Пусковая мощность	Часов в день	Потребление в сутки	Среднечасовая нагрузка
электрочайник	1000 Вт	1	1000 ВА	1000 ВА	0,3	300 кВА-ч	30 ВА
погружной насос	2000 Вт	1	2857 ВА	8571 ВА	0,3	857 кВА-ч	86 ВА
привод ворот	500 Вт	1	714 ВА	2142 ВА	0,1	71 кВА-ч	7 ВА

При расчете мы учитывали, что время работы составляет для электрочайника 4 минуты, погружного насоса — 6 минут в час, привод ворот работает в течение 1 минуты.

Одновременное функционирование всех этих приборов крайне маловероятно, поэтому к суммарной мощности постоянно работающих приборов добавляем только самый мощный из этих показателей — погружной насос.

С учетом максимальной мощности погружного насоса, потребляемая мощность суммарно работающих приборов составит 4580 ВА.

При этом мы учитываем самую большую пусковую мощность из всего перечня приборов. В данном случае это потребитель тот же самый погружной насос — 8571 ВА.

Для бесперебойного питания такой нагрузки подойдет инвертор Tripp Lite модели APSX6048VRNET. Номинальная мощность инвертора составляет 6 кВт, выдерживает пиковую мощность до 12 кВт.

Данный расчет является типовым. Делать такой расчет необходимо исходя из состава оборудования на Вашем объекте или в Вашем жилом доме.

Также Вы можете заказать в нашей компании специальное обследование, с выездом специалиста на Ваш объект для замеров параметров мощности при включенной нагрузке. Это более надежный способ выбора необходимого оборудования.

Время бесперебойного энергоснабжения

После того, как инвертор выбран необходимо определиться с желаемым временем автономной работы. Для этого необходимо знать две величины

• среднечасовая мощность нагрузки
• емкость аккумуляторных батарей

Среднечасовую нагрузку необходимо знать, так как максимальная суммарная нагрузка не отражает реальной нагрузки на батарею. Электроприборы включаются и выключаются и в некоторые моменты забираемая из аккумуляторов мощность в разы ниже максимальной.

Метод расчет среднечасовой нагрузки: вычисляем примерную продолжительность работы прибора в сутки с учетом режимов его работы (непрерывный, непрерывный с периодами включения и отключения, редкие включения), например, для холодильника 15 минут в час, это 6 часов в сутки.

Далее время работы умножаем на мощность прибора. Получаем величину потребления электроприбора в сутки (в ВА-часах). И последним этапом делим это значение на 24 часа (для непрерывно работающих приборов, в частности холодильника) либо на 8 часов для приборов, работающих только в активное время суток, например, телевизор.

Емкость батарей

Рекомендуется комплектация инверторов специализированными (необслуживаемыми) аккумуляторами 12 В на 200 Ач.

Одна 12 В батарея 200 Ач содержит в себе энергию в объеме 2 кВтч. Таким образом, если мы будем разряжать его нагрузкой 400 Вт, то теоретически ее должно хватить на 5 часов автономной работы.

В общем случае, для приблизительной оценки, рекомендуется ориентироваться на номинал инвертора и размер батарей, указанных в таблице ниже.

Мощность нагрузки дома	Мощность инвертора	Напряжение инвертора	Количество АКБ 12В-200 Ач	Энергия батарей, кВтч	Время работы, часов
1,0 кВт	2,0 кВт	12 и 24	2	4,0	4
2,0 кВт	3,0 кВт	24 и 48	4	8,0	4
3,0 кВт	3,5 кВт	48	8	16,0	5
4,0 кВт	6,0 кВт	48	8	16,0	4
5,0 кВт	6,0 кВт	48	12	24,0	5

В случае рассматриваемого выше пример подбора инвертора среднечасовая мощность нагрузки равна 1192 ВА, емкость аккумуляторной батареи 16 кВАч. Соответственно ориентировочное время бесперебойного питания составляет 13,4 часа.

В том случае, когда длительные отключения электроэнергии (сутки и более) происходя достаточно часто, целесообразно дополнить имеющуюся систему генератором вместо дальнейшего наращивания емкости аккумуляторной батареи.

Можно создать полностью автоматическую систему резервного энергоснабжения, если дополнить инвертор генератором с автозапуском. В данной схеме инвертор автоматически отдаст команду на запуск генератора, когда батареи разрядятся и отключит генератор после их зарядки.

Калькулятор для оценки времени работы инвертора Энергия ПН Расчитать время работы ИБП Энергия от аккумулятора

Калькулятор для расчета времени работы инвертора/ИБП Энергия обычного и настенного исполнений.*

*Результаты, полученные с помощью данного калькулятора являются приблизительными.

Фактическое время автономной работы инвертора зависит от множества внешних факторов, таких как температура окружающей среды, срок складского хранения, срок эксплуатации и т д.

Время работы нескольких параллельно подключенных АКБ вычисляется путем умножения значения, полученного при помощи этого калькулятора на количество параллельно подключенных АКБ.

Калькулятор не производит вычислений при вводе некорректных значений – поля автоматически обнуляются.

Ниже приведены характеристики разряда АКБ ЭНЕРГИЯ 100АЧ до 10,5 вольт (нижний предел работы инвертора ПН) постоянным током (таблица1) и постоянной мощностью (таблица2) при температуре окружающей среды 25°С:

Таблица 1

Время разряда до 10,5 вольт	5 МИН	10 МИН	15 МИН	30 МИН	1 ЧАС	2 ЧАС	3 ЧАС	4 ЧАС	5 ЧАС	8 ЧАС	10 ЧАС	20 ЧАС
Постоянный ток (А)	271,3	192,1	166,5	107,1	63,5	38,02	26,47	21,62	17,61	12,12	10,2	5,46

 

Таблица 2

Время разряда до 10,5 вольт	5 МИН	10 МИН	15 МИН	30 МИН	1 ЧАС	2 ЧАС	3 ЧАС	4 ЧАС	5 ЧАС	8 ЧАС	10 ЧАС	20 ЧАС
Постоянная мощность (Вт)	2926	2123	1852	1230	736,8	450	317,4	259,3	211,3	145,4	122,4	65,54

 

Расчет и моделирование высокочастотных резонансных инверторов

Библиографическое описание:

Павлов, О. П. Расчет и моделирование высокочастотных резонансных инверторов / О. П. Павлов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 24 (262). — С. 148-152. — URL: https://moluch.ru/archive/262/60799/ (дата обращения: 12.06.2021).



В статье представлены результаты моделирования высокочастотных транзисторных резонансных инверторов при использовании разработанного ранее программного комплекса для автоматизированного расчета последовательных резонансных инверторов [1].

Ключевые слова: программный комплекс, Matlab, Simulink.

Рассматриваются четыре варианта схем последовательных резонансных инверторов на примере моделей в системе компьютерной математики (СКМ) MatLAB/Simulink.

Рис. 1. Начальный этап работы программы автоматизированного расчета схем резонансных инверторов

Рис. 2. Результат работы программы автоматизированного расчета схем резонансных инверторов

Перед началом моделирования рассчитываются параметры схемы на основе входных данных, задаваемых пользователем. На рис. 1. изображен пример работы программы в СКМ MatLAB при вводе входных данных схемы инвертора. Исходными данными при компиляции программы являются: входное напряжение U_вх, мощность нагрузки P_н, частота f, сопротивление нагрузки r_н, а также индуктивность нагрузки L_н.

Рис. 3. Модель схемы последовательного мостового резонансного инвертора без обратных диодов

Рис. 4. Временные диаграммы работы последовательного мостового резонансного инвертора без обратных диодов

Рис. 5. Модель схемы последовательного полумостового резонансного инвертора без обратных диодов

Рис. 6. Временные диаграммы работы последовательного полумостового резонансного инвертора без обратных диодов

Рис. 7. Модель нулевой схемы последовательного резонансного инвертора без обратных диодов

Рис. 8. Временные диаграммы работы нулевой схемы последовательного резонансного инвертора без обратных диодов

Рис. 9. Модель несимметричной схемы последовательного резонансного инвертора без обратных диодов

Рис. 10. Временные диаграммы работы несимметричной схемы последовательного резонансного инвертора без обратных диодов

Исходя из результатов моделирования, можно убедиться в том, что найденные при помощи программного комплекса данные параметры, в том числе параметры колебательного контура обеспечивают граничный режим и корректную работу инверторов, чего мы и хотели добиться, задаваясь относительной длительностью открытого состояния ключа при расчетах.

Литература:

1. Лазарева Н. М., Павлов О. П., Яров В. М. Программный комплекс расчёта и анализа последовательных резонансных инверторов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции “Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем”. — 2017.
2. Яров В. М. Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева: Учеб. пособие / В. М. Яров, В. П. Терехов, А. Н. Ильгачев. — Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2005. — 228 с.

Основные термины (генерируются автоматически): временная диаграмма работы, последовательный резонансный инвертор, диод, программный комплекс, модель схемы, несимметричная схема, нулевая схема, последовательный мостовый резонансный инвертор, последовательный полумостовый резонансный инвертор, результат моделирования.

Похожие статьи

Моделирование полумостового последовательного…

Рассмотрим схему полумостового последовательного резонансного инвертора с

Рис. 2. Модель полумостовой схемы последовательного резонансного инвертора с обратными диодами.

Рис. 3. Временные диаграммы работы последовательного полумостового…

Несимметричные полумостовые преобразователи.

Рис. 2. Схема замещения несимметричного полумостового преобразователя.

Такое состояние одного из диодов схемы ( ), то есть возрастания среднего прямого тока и обратного напряжение при уменьшении характерно для НПП при любом построении его вторичной стороны.

Исследование параллельно-

последовательного преобразователя

Рис. 3. Схема последовательно-параллельного преобразователя с динамической нагрузкой в программе Micro CAP 10. На рис. 4 представлены временные диаграммы работы последовательно-параллельно-последовательного преобразователя.

1.1.

Полумостовая схема

Полумостовая схема — проста в проектировании и при разработке. Методики по работе с

Мостовая схема — проста в разработке, но немного сложнее предыдущей схемы в

Основная сложность схемы в сложности написания программного обеспечения и его сертификации.

Математическое

моделирование импульсных преобразователей…

При построении схемы замещения принимались во внимание допущения, представленные в [3]. Кусочно-гладкая модель системы автоматического управления на базе полупроводниковых преобразователей с широтно-импульсной модуляцией имеет вид.

Разработка параллельного преобразователя | Статья в журнале…

Статья посвящена исследованию характеристик и режимов работы параллельного преобразователя.

На рис. 1 представлена схема замещения ветрогенератора, питающего нагрузку постоянным током через трехфазный мостовой выпрямитель.

К пониманию векторной системы широтно-импульсной модуляции…

Одной из блестящих работ по векторным системам широтно-импульсной модуляции (ШИМ) инвертора напряжения, на наш взгляд, является работа [1]. Но рекомендовать ее студентам, начинающим овладевать данной темой…

Выбор параметров генератора синусоидального высокочастотного…

Представлены результаты математического моделирования высокочастотного генератора на транзисторах с использованием резонансного колебательного контура. Приведены расчетные зависимости – временные и параметрические…

DC-DC преобразователь на базе MP1484EN | Статья в журнале…

Базовая схема включения MP1484EN представлена на рисунке 1.

Для увеличения надежности работы силового ключа следует применять диод Шоттки. В Таблице 4 приведен пример конкретного применения модели диода Шоттки [1].

Инвертор, как расчитать необходимую мощность? Есть ли формула расчета мощности?. Статьи компании «ООО «Энерджи ГМБХ»

Есть ли формула расчета мощности?
Даем такой пример:
Посчитайте суммарную потребляемую мощность приборов на 1 час работы:
Холодильник А-класа — примерно 60-70 Вт/ч. Прочие холодильники — до 150 Вт/ч
Энергосберегающие лампы освещения — 20 Вт/ч, допустим, 15 ламп = 300 Вт/ч
Котел с насосами отопления — 300 Вт/ч
Суммарная потребляемая мощность за час работы в данном случае = 600-700 Вт
Теперь расчитаем суммарную емкость АКБ: Берем стандартную систему из восьми 12-вольтовых АКБ по 200 Ач каждая: 12×200×8 = 19200 Вт/ч, умножаем на коэф. потерь ~0.75-0.8 = 15 кВт/ч общей емкости. Это значение делим на среднюю нагрузку в час и получаем длительность автономной работы системы при взятой среднечасовой нагрузке. В данном случае это около 20 часов.

Надо добавить, что при постоянно высоких нагрузках скорость «съедания» энергии из АКБ возрастает. Еще примечание: данный расчет — теоретический и будет скорректирован в зависимости от множества факторов, таких, как возраст АКБ, температура окружающей среды и т. п.
Чтобы включить небольшой телевизор или портативный компьютер от автомобильного аккумулятора, будет достаточно иметь инвертор до 500 Вт.
Если же говорить о системах резервного питания дома, то параметр мощности инвертора будет зависеть от потребляемой мощности приборов, которые будут работать в Вашей сети от аккумуляторных батарей. Если будут использоваться только осветительные приборы и телевизор, то можно обойтись инвертором 500-1000 Вт (посчитайте потребляемую мощность сами). Если же Вы планируете включать через инвертор большую часть освещения и большинство бытовых приборов в доме, то Вам будет необходим инвертор как минимум от 1,5 килоВта и выше.
Необходимо сначала посчитать суммарную мощность приборов, которые Вы хотите подключить к инвертору. Потребляемая мощность прибора обычно указана на самом приборе или в руководстве по эксплуатации (раздел технические характеристики). Я бы рекомендовал использование инвертора как минимум на 20-30% большей мощности, чем самая большая мощность потребления, которую Вы насчитали.
Как правило, при установке системы бесперебойного питания к ней подключаются не все нагрузки, а только «аварийно-необходимые»: свет (и то, возможно, не весь), котельное оборудование, ворота, скважина, очистка воды, охрана и т. п. Не подключаются мощные нагрузки: сауна, различные нагреватели, также в некоторых случаях большие «гирлянды» галогенного освещения и т. д.

Расчет размера инвертора и банка батарей

Рассчитайте размер инвертора для следующей электрической нагрузки. Рассчитайте размер батарейного блока и определите подключение батареи.

Деталь электрической нагрузки:

• 2 № 60 Вт, 230 В, 0,8 мощности вентилятора.
• 1 № 200 Вт, 230 В, 0,8 мощности компьютера.
• 2 № 30 Вт, 230 В, ламповый светильник 0,8 ПФ.

Инвертор / батарея Деталь:

• Дополнительное увеличение нагрузки (Af) = 20%
• КПД инвертора (Ie) = 80%
• Требуемая резервная батарея (Bb) = 2 часа.
• Напряжение аккумуляторной батареи = 24 В постоянного тока
• Коэффициент ослабления соединения / потери в проводе (LF) = 20%
• Эффективность батареи (n) = 90%
• Фактор старения аккумулятора (Ag) = 20%
• Глубина разряда (DOD) = 50%
• Рабочая температура аккумулятора = 46ºC

Темп. ° С	Фактор
80	1,00
70	1,04
60	1.11
50	1,19
40	1,30
30	1,40
20	1,59

Расчет:

Шаг 1: Расчет общей нагрузки:

• Нагрузка на вентилятор = Нет x Ватт = 2 × 60 = 120 Вт
• Нагрузка на вентилятор = (Нет x Вт) /P.F= (2 × 60) /0,8= 150 ВА
• Компьютерная нагрузка = Нет x Ватт = 1 × 200 = 200 Вт
• Компьютерная нагрузка = (Нет x Ватт) / P.F = (1 × 200) / 0,8 = 250 ВА
• Лёгкая нагрузка на лампу = Нет x Ватт = 2 × 30 = 60 Вт
• Лёгкая нагрузка лампы = (Нет x Вт) /P.F = (2 × 30) / 0,8 = 75 ВА
• Общая электрическая нагрузка = 120 + 200 + 60 = 380 Вт
• Общая электрическая нагрузка = 150 + 250 + 75 = 475 ВА

Шаг 2: Размер инвертора:

• Размер инвертора = общая нагрузка + (1 + Af) / Ie VA
• Размер инвертора = 475+ (1 + 20%) / 80%
• Размер инвертора = 712 ВА

Шаг 3: Размер батареи:

• Общая нагрузка блока батарей = (Общая нагрузка x резервная емкость) / Напряжение блока батарей
• Общая нагрузка на аккумуляторную батарею = (380 x 2) / 24 А · ч
• Общая нагрузка банка батарей = 32.66 ампер ч
• Температурный поправочный коэффициент для 46ºC (Tp) = 1
• Размер банка батарей = [(нагрузка) x (1 + LF) x (1 + Ag) x Tp] / [n x DOD] ампер / час
• Размер банка батарей = (32,66 x (1 + 20%) x (1 + 20%) x 1) / (90% x 50%)
• Размер блока батарей = 101,3 А / ч

Шаг 4: Подключение батареи:

Если мы выберем аккумулятор 120 А / ч, 12 В постоянного тока для банка аккумуляторов:

Соединение серии :

В конфигурациях серии
• будет добавлено напряжение двух батарей, но номинальная сила тока (ампер-час) останется прежней.
• Состояние-I:
• Выбор батареи для напряжения = Вольт каждой батареи <= Вольт банка батарей
• Выбор батареи по напряжению = 12 <24
• Состояние I в норме
• Номер батареи для напряжения = Вольт батареи батареи / Вольт каждой батареи
• № батареи для напряжения = 24/12 = 2 №
• Состояние-II:
• Выбор батареи для ампер-часов = ампер-часов для батарейного блока <= ампер-часов для каждой батареи
• Выбор батареи для усилителя Hr = 3 <= 120
• Состояние-II — О.К
• Мы можем использовать последовательное соединение для батареи и не требуется батареи 2 №

Параллельная конфигурация

• При параллельном подключении номинальный ток увеличится, но напряжение останется прежним.
• Чем больше количество батарей, тем больше будет ампер / час. Две батареи производят в два раза больше ампер в час, чем одна батарея.
• Состояние-I:
• Выбор батареи для ампер-часов = ампер-часов для банка батарей / ампер-часов каждой батареи <= 1
• Выбор батареи для усилителя Hr = 101/120 = 0.84 = 1 Нет
• Состояние I в норме
• Состояние-II:
• Выбор батареи по напряжению = Вольт блока батарей = Вольт каждой батареи
• Условие-II: Выбор батареи для напряжения в усилителе Hr = 24 <= 12
• Состояние-II не полностью выполнено
• Мы не можем использовать параллельное соединение для батареи в соответствии с нашими требованиями, но если мы это сделаем практически, это возможно, и это даст больше часов назад

Последовательно-параллельное соединение :

• Последовательное соединение аккумуляторов увеличит как напряжение, так и время работы.
• Состояние-I:
• Выбор батареи для ампер-ч = ампер-ч каждой батареи <= ампер-ч батареи банка
• Выбор батареи для усилителя Hr = 120 <= 101
• Условие-I не полностью выполнено
• Состояние-II:
• Выбор батареи для напряжения = Вольт каждой батареи <= Вольт банка батарей
• Выбор батареи для напряжения = 12 <= 24
• Состояние-II в норме
• Мы не можем использовать параллельное соединение для батареи

Если мы выберем батарею 60 А / ч, 12 В постоянного тока для банка батарей:

Соединение серии :

• Выбор батареи для напряжения = Вольт каждой батареи <= Вольт банка батарей
• Выбор батареи по напряжению = 12 <24
• Условие-I — O.К
• Номер батареи для напряжения = Вольт батареи батареи / Вольт каждой батареи
• № батареи для напряжения = 24/12 = 2 №
• Состояние-II:
• Выбор батареи для ампер-часов = ампер-часов для батарейного блока <= ампер-часов для каждой батареи
• Выбор батареи для усилителя Hr = 3 <= 60
• Состояние-II не полностью выполнено
• Мы можем использовать последовательное соединение для батареи

Параллельная конфигурация

• Условие-I:
• Выбор батареи для ампер-часов = ампер-часов для банка батарей / ампер-часов каждой батареи <= 1
• Выбор батареи для усилителя Hr = 101/60 = 1.63 = 1 номер
• Состояние I в норме
• Состояние-II:
• Выбор батареи по напряжению = Вольт блока батарей = Вольт каждой батареи
• Условие-II: Выбор батареи для напряжения в усилителе Hr = 24 = 12
• Состояние-II не полностью выполнено
• Мы не можем использовать параллельное соединение для батареи в соответствии с нашими требованиями.

Последовательно-параллельное соединение :

• Условие-I:
• Выбор батареи для ампер-ч = ампер-ч каждой батареи <= ампер-ч батареи банка
• Выбор аккумулятора на усилитель Hr = 120 <= 60
• Состояние-I в порядке
• Кол-во батарей для ампер-часов = ампер-час для банка батарей / ампер-час каждой батареи
• Кол-во батарей для усилителя Hr = 120/60 = 1.68 = 2 нет
• Состояние-II:
• Выбор батареи для напряжения = Вольт каждой батареи <= Вольт банка батарей
• Выбор батареи для напряжения = 12 <= 24
• Состояние-II в норме
• Номер батареи для напряжения = Вольт батареи батареи / Вольт каждой батареи
• № батареи для напряжения = 24/12 = 2 №
• Количество требуемых аккумуляторов = количество ампер-часов аккумулятора x количество аккумуляторов для напряжения
• Количество требуемых батарей = 2 x 2 = 4 Нет
• Мы можем использовать последовательно-параллельное соединение для батареи
Резюме:
• Общая электрическая нагрузка = 380 Вт
• Общая электрическая нагрузка = 475 ВА
• Размер инвертора = 712 ВА
• Размер банка батарей = 101.3 ампер / ч
• Для аккумулятора на 120 А / ч, 12 В постоянного тока: последовательное соединение и 2 номера аккумулятора или
• Для аккумулятора на 60 А / ч, 12 В постоянного тока: последовательно-параллельное соединение и 4 аккумулятора

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Как рассчитать номинальную мощность инвертора и время автономной работы от инверторной батареи ~ Изучение электротехники

Пользовательский поиск

Инверторные системы являются обычным явлением в наших домах и на рабочем месте, где они играют важную роль в обеспечении бесперебойного питания чувствительных нагрузок и устройств.Для домашних приложений необходимо правильно подобрать инвертор, чтобы он мог удовлетворить ожидаемую нагрузку.

Инверторы преобразуют постоянное напряжение в переменное. У них есть система батарей, которая обеспечивает достаточное время резервного питания для обеспечения непрерывного питания дома. Затем система инвертора преобразует напряжение батареи в напряжение переменного тока через электронные схемы. В инверторной системе также есть некоторая система зарядки, которая заряжает аккумулятор при питании от электросети. При питании от сети аккумулятор инвертора заряжается, и в то же время питание подается на нагрузки в доме.При сбое электроснабжения от сети аккумуляторная система начинает подавать питание через инвертор на нагрузки в доме, как показано ниже:

Как выбрать размер и рассчитать требования к мощности инвертора

Мощность инвертора указывается в ВА или кВА.

Мощность в ВА = напряжение переменного тока x ток переменного тока в амперах

Мощность в кВА = напряжение переменного тока x ток переменного тока в амперах / 1000

Мощность в ваттах = напряжение переменного тока x ток переменного тока в амперах x коэффициент мощности

Где PF = коэффициент мощности

Мощность в кВт = напряжение переменного тока x ток переменного тока в амперах x коэффициент мощности / 1000

Также Мощность в Вт = Мощность в ВА x PF

Мощность в кВт = Мощность в кВА x коэффициент мощности

Предположим, мы хотим, чтобы инвертор выдерживал следующие нагрузки:

1.Осветительная нагрузка, 300Вт

2. 3 стационарных вентилятора по 70 Вт, каждый

3. 2 ЖК-телевизора, 100Вт

4. 1 музыкальная система для домашнего кинотеатра, 200 Вт,

5. 1 соковыжималка, 150 Вт

Подаваемая мощность в кВт = мощность в кВА x PF

Мощность в кВА = мощность в кВт / PF = мощность в кВт / 0,8 (номинальный коэффициент мощности = 0,8, что является стандартным для домов)

Общая нагрузка в ваттах = 300 + (3 x 70) + 200 + 200 + 150 = 1060 Вт = 1,06 кВт

Мощность в кВА = 1.06 / 0,8 = 1,325

Для работы с вышеуказанными нагрузками требуется инвертор стандартной мощности 1,5 кВА.

Как рассчитать время автономной работы инвертора от батареи

Время автономной работы батарей в инверторной системе зависит от количества батарей, а также от их емкости в ампер-часах.

Время автономной работы инвертора рассчитывается как:

Время поддержки = мощность аккумулятора в ватт-часах (Втч) / подключенная нагрузка в ваттах (Вт)

Мощность аккумулятора в Вт-ч = Емкость аккумулятора в А-ч x Напряжение аккумулятора (В) x Количество аккумуляторов

Сократим формулу, используя следующие символы:

Пусть НО = время автономной работы в часах

C = емкость аккумулятора в Ач

V = напряжение аккумулятора в вольтах

N = количество батарей, подключенных последовательно или параллельно, в зависимости от обстоятельств.

$ P_L $ = подключенная нагрузка в ваттах (Вт)

Сейчас

$$ НО = {\ frac {C * V * N} {P_L}} $$

В нашем примере выше предположим, что мы выбрали инверторную систему 24 В, 1,5 кВА, которая должна использовать две батареи 12 В, соединенные последовательно, и предположим, что емкость наших батарей составляет 200 Ач каждая, тогда:

C = 200AH

В = 12В

N = 2

$ P_L $ = 1,060 Вт

$$ НО = {\ frac {200 * 12 * 2} {1060}} = 4.53 часа $$

Как рассчитать солнечную батарею и инвертор?

Использование системы солнечных панелей дома экономично и экологически безопасно. Но как выбрать подходящий аккумулятор и инвертор? Кроме того, вас может сильно беспокоить то, как проработать все точные расчеты солнечной панели, аккумулятора, инвертора, а также контроллера заряда.

На эти вопросы нужно ответить математически. Другими словами, вам нужны некоторые конкретные данные о ваших потребностях в энергии и определенных процессах расчета, чтобы окончательно узнать спецификации оборудования и компонентов.

Расчеты важны для вас, потому что они помогут вам построить солнечную систему с лучшими характеристиками.

Как оценить мощность нагрузки?

Если вы планируете установить систему солнечных панелей дома и избавляетесь от беспокойства по поводу выбора солнечных батарей, вам необходимо произвести некоторые расчеты, чтобы выбрать правильную батарею, контроллер заряда и инвертор. Первый этап — определить, сколько энергии вам нужно.

• Проще говоря, вам нужно сначала оценить вашу нагрузку в ваттах электроэнергии и часы работы в тяжелых условиях.Затем вы просто умножаете нагрузку в ваттах на часы, чтобы получить полную мощность, которая вам нужна.

Например: предположим, что мощность вашей нагрузки составляет 150 Вт, и вам нужно, чтобы модель работала около 8 часов в день, тогда вы можете использовать следующую формулу для расчета:

150 Вт x 8 часов = 1200 Втч (это абсолютная потребность в энергии для вашей солнечной панели)

• Но если вы не разбираетесь в таких математических задачах, есть более конкретные вычисления:

(1) Определите максимальную мощность или пиковую нагрузку вашего жилой дом.Вам необходимо оценить общую мощность ваших необходимых устройств и приборов, от холодильников и ламп до ноутбуков и фенов. И некоторые из них могут работать одновременно.

Пример: в комнате есть две лампочки на 50 ватт и ноутбук на 200 ватт. Общая мощность составляет:

50 Вт x 2 + 200 Вт = 300 Вт

Перечень потребляемой мощности типовой бытовой техники

(2) вам нужно выяснить, сколько часов каждое устройство будет работать каждый день. Затем вы просто умножаете каждую мощность на ее рабочее время (часы) и получаете необходимую мощность (ватт-час) в день.Затем вы просто складываете все эти значения, чтобы вычислить сумму энергии вашего дома.

Пример. Вышеупомянутые лампочки должны работать 6 часов в день, а среднее время использования компьютера составляет 3 часа каждый день. Общее значение:

50 Вт x 2 x 6 + 200 x 3 = 1200 Втч

• Однако, как все мы знаем, иногда устройства просто не могут работать так эффективно, как было заявлено. Кроме того, некоторым из них может потребоваться больше ватт для запуска в первые несколько минут. Так что умножим результат на 1.5, чтобы прикрыть рабочие ошибки. Итого:

1200 ватт-часов x 1,5 = 1800 Втч

Как рассчитать ампер-часы батареи?

Емкость аккумулятора важна для вас, чтобы обеспечить бесперебойную и эффективную работу системы солнечных батарей. Если у вас нет доступа к сети или вы просто хотите хранить солнечную энергию в батарее в качестве резервного источника питания на случай чрезвычайных ситуаций.

Мощность солнечной панели

(1) Когда вы рассчитываете общую мощность нагрузки вашего дома, вам нужно сначала оценить все параметры подходящей солнечной панели, чтобы удовлетворить ваши потребности в электроэнергии.Это напрямую связано с лучшими солнечными часами.

Например: Предположим, что лучшая продолжительность солнечного света в вашем районе составляет примерно 9 часов в день, вы можете получить требуемый размер вашей панели по следующей формуле:

1800 ватт-часов ÷ 9 часов = 200 ватт (200- ватт солнечная панель)

(2) Но оптимальное время солнечного света в 9 часов — это сверхмощное количество, которое, вероятно, будет достигнуто только летом. Напротив, в зимний сезон стоимость может значительно снизиться, а то и вдвое.Таким образом, можно предположить, что лучшее время солнечного света зимой — не более 5 часов.

Следовательно, чтобы убедиться, что ваша модель по-прежнему может эффективно работать при минимальном солнечном свете, вам необходимо рассчитать мощность, используя зимнее значение:

1800 ватт-часов ÷ 5 часов = 360 Вт (360-ваттная солнечная панель)

Ампер-часы батареи

Что касается ампер-часов батареи, вам нужно подумать о том, сколько энергии вы надеетесь сохранить в своем банке аккумуляторов в качестве резервного. А именно сколько дней вы хотите, чтобы аккумулятор работал без подзарядки? Обычно это 2-5 дней.

(1) Поскольку мы рассчитали конкретные размеры подходящей солнечной панели, мы можем лучше оценить номинальную мощность батареи в ампер-часах. И он должен поддерживать операции в любых возможных условиях.

Есть батареи с напряжением 12, 24 и 48 для различных применений. Если вы решите использовать батарею 12 В, вы можете получить параметр по следующей формуле:

1800 ватт-час ÷ 12 В = 150 ампер-часов

(2) Обычно мы хотели бы добавить батарею с допуском 20% к гарантия безупречного использования.Таким образом, вы получите емкость батареи как:

150 ампер-часов x 1,2 = 180 ампер-часов

Чтобы всегда иметь достаточно энергии для дополнительных дней использования, батарея должна выдерживать удвоенное количество ее нормального использования. Значит нужно последний результат умножить на 2 и еще раз умножить на свои дни. Предположим, вы хотите, чтобы ваш аккумулятор работал еще два дня, окончательная емкость аккумулятора должна быть:

180 ампер-часов x 2 x 2 = 720 ампер-часов

Итак, в этом случае вам понадобится аккумулятор на 720 Ач, 12 В для вашей системы солнечных батарей.

Как оценить технические характеристики инвертора?

Спецификация контроллера заряда

Вы можете игнорировать такой компонент, как контроллер заряда, но он также важен для обеспечения безупречной работы вашей солнечной системы.

Контроллер заряда используется для предотвращения перезарядки вашей модели. Он соединяет солнечные панели и батареи. Таким образом, он играет важную роль в регулировании солнечной энергии от солнечных панелей до батарей.

(1) Вам нужны уже вычисленные результаты из приведенного выше примера, чтобы рассчитать, насколько большим должен быть ваш удовлетворительный контроллер заряда.Вы можете просто разделить мощность нагрузки солнечной панели на номинальное напряжение батареи.

И так же, как мы сделали с вышеуказанными параметрами, мы также можем добавить дополнительный допуск, например, 20% к этому значению, тогда мы получим приблизительное представление о спецификации контроллера заряда:

1800 Вт ÷ 12В = 150 А

150 Ампер x 1,2 = 180 Ампер

(2) Если у вас нет четкого представления о контроллере заряда. Здесь мы поговорим о двух распространенных типах контроллеров заряда: PWM и MPPT.

PWM означает широтно-импульсную модуляцию. По сравнению с MPPT, ШИМ-контроллер намного экономичнее. Но недостаток в том, что это может привести к большим потерям мощности. По имеющимся данным, при преобразовании может быть потеряно до 60% мощности.

Причина потери в том, что ШИМ-контроллер ограничен и не может оптимизировать напряжение, идущее на батареи. Такое ограничение приводит к тому, что ШИМ-контроллер работает с ошибкой при обслуживании большой системы. Так что он подходит для небольших систем.

это сравнение подчеркивает проблему использования солнечной панели с более высоким напряжением на батарее 12 В без MPPT

MPPT относится к максимальному отслеживанию PowerPoint.В отличие от контроллера PWM, контроллер MPPT может эффективно оптимизировать напряжение, поступающее от солнечных панелей. В результате энергия, произведенная солнечными панелями, может передаваться в аккумуляторную батарею с максимальной скоростью.

Соответственно, КПД контроллера MPPT при преобразовании мощности составляет 93% -97%. И процесс работы и автоматически настраивается на точку пиковой мощности быстро для достижения оптимального результата. Так что использовать эту модель стоит недешево.

Спецификация инвертора

На последнем этапе нам нужно оценить характеристики инвертора.Поиск подходящего инвертора позволит вашей солнечной системе хорошо работать с батареями и контроллерами заряда. А чтобы не возникало беспорядочных ситуаций, нужно рассчитать конкретные габариты инвертора.

Основные компоненты системы солнечных батарей

Хорошая новость заключается в том, что после определения всех этих требуемых параметров оценка параметров инвертора больше не является сложной задачей.

Тем не менее, предположим, что пиковая мощность нагрузки вашего дома составляет 200 Вт, и вам нужен инвертор, чтобы легко справиться с такой мощностью, тогда вам просто нужно купить инвертор на 200 Вт.

Или, если вы хотите, чтобы допуск был немного больше, просто добавьте 20% -25%. Тогда значение будет 240 — 250 ватт.

Заключение

Как мы уже обсуждали выше, на вопрос, какого размера солнечная система нужна вашему дому, какого размера должна быть батарея или каковы возможности подходящего инвертора, всегда можно дать научный и точный ответ.

Что вам нужно сделать, так это рассчитать все эти спецификации, следуя приведенным формулам.Хотя это математическая проблема, вы все равно можете ее решить, потому что выражения и руководства просты и понятны.

Калькулятор инвертора — 12 В плюс

Измените значения в полях со стрелками, и калькулятор настроится, чтобы показать вам другие характеристики системы:

Длительная / импульсная мощность

Энергетическому оборудованию и приборам, которые работают с двигателями или трубками, требуется первоначальный всплеск мощности для их запуска и работы.Этот скачок мощности называется «пусковой нагрузкой» или «пиковой нагрузкой». (Для сравнения, электрические устройства, такие как стандартные лампочки, не требуют большой пусковой нагрузки.) После включения оборудования или прибора они начинают работать медленнее и требуют гораздо меньше электроэнергии для работы. Это более низкое энергопотребление называется «непрерывной нагрузкой».

Чтобы убедиться, что мощность вашего инвертора мощности достаточна для соответствия требуемой пусковой нагрузке, вы должны сначала определить потребляемую мощность оборудования или устройства, которое вы планируете использовать.Потребляемая мощность измеряется либо в мощности, либо в амперах, а информация о требуемых «ваттах» или «амперах» обычно проштампована или напечатана на большинстве приборов и оборудования. Если эта информация не указана на приборе или оборудовании, обратитесь к руководству пользователя. Обратитесь к производителю устройства или оборудования, чтобы определить, совместимо ли используемое вами устройство (телевизор, зарядное устройство, компьютер и т. Д.) С измененной синусоидой. Если нет, то вам следует приобрести инвертор с чистой синусоидой или истинной синусоидой на выходе.

Если потребляемая мощность указана в амперах, умножьте количество ампер на 120 (напряжение переменного тока), чтобы определить сопоставимую номинальную мощность. Для запуска асинхронным двигателям может потребоваться от 2 до 6 раз превышающая номинальную мощность.

Информация о батарее

Чтобы рассчитать емкость батареи в Ач, сначала определите ее номинал «резервных минут». (Морские батареи глубокого разряда обычно имеют наивысшие номинальные значения резерва в минутах). Этот рейтинг обычно указывается на батарее вместе с номиналом «ток холодного пуска» (CCA).Умножьте номинальный запас батареи в минутах на 0,3, чтобы определить приблизительный номинал батареи в ампер-часах. Батарея с запасом в минутах 166 имеет рейтинг 49,8 Ач.

Чтобы оценить максимальный ток батареи, необходимый инвертору для работы части оборудования или устройства, разделите требуемую мощность при непрерывной нагрузке на 10.

Преобразователи мощности 12 В плюс
Инверторы с чистой синусоидой Инверторы с модифицированной синусоидальной волной Предохранители Держатели предохранителей Дистанционное управление инвертора Кабели Сумматоры аккумуляторов Безобрывные переключатели Зарядные устройства для аккумуляторов Солнечные батареи

Калькулятор инвертора мощности | Инвертор какого размера мне нужен?

Этот калькулятор инверторов поможет вам правильно рассчитать ваш инвертор для ежедневной нагрузки ваших приборов переменного тока в вашем кемпере.

Он прост и удобен в использовании. Мы включили раздел ниже, чтобы ответить на некоторые вопросы, которые могут у вас возникнуть.

Этот калькулятор является частью нашей серии солнечных установок для кемперов и более широкого предмета, посвященного электрике для кемперов.

И это всего лишь один из наших электрических калькуляторов для переоборудования жилых автофургонов и домов на колесах.

Расчет размера инвертора и понимание последствий может помочь вам оценить приборы, которые вам действительно нужны в вашем доме на колесах, найти альтернативы постоянному току или более эффективные устройства.

Сделайте это правильно для своего образа жизни в автофургоне, и вы сможете с уверенностью завершить переоборудование своего дома в автофургоне.

Ознакомьтесь с нашим подробным постом о преобразователях мощности для кемперов, чтобы узнать, как они работают и как их устанавливать.

Нужна помощь и совет по настройке электрооборудования?

Присоединяйтесь к нашей группе поддержки Facebook

Когда вы переходите по ссылкам на различных продавцов на этом сайте и совершаете покупку, это может привести к тому, что этот сайт получит комиссию. Как партнер Amazon, мы зарабатываем на соответствующих покупках. Для получения дополнительной информации посетите нашу страницу раскрытия информации .

Загрузите главу 1 Руководства по электрике Campervan БЕСПЛАТНО!

И если вам это так нравится, что вы хотите купить полную версию, мы также вышлем вам код скидки 10%!

Как использовать этот инверторный калькулятор?

1. Введите каждое электрическое устройство переменного тока и компонент, который вы будете использовать в своем кемпере.
2. Введите мощность, потребляемую каждым устройством.
3. Вот и все.

Нужен ли мне инвертор?

Нет! Если вы используете только приборы постоянного тока, вам не нужен инвертор.

Инвертор нужен только в том случае, если вы хотите использовать приборы переменного тока с питанием от батареи глубокого разряда.

Если вы используете подключенные к сети электроприборы переменного тока, и они питаются от батареи, вам все равно понадобится инвертор.

Если вы используете приборы переменного тока только в подключенном состоянии и с розетками переменного тока в цепи питания, вам не нужен инвертор.

Если вам также нужен преобразователь (для преобразования переменного тока в постоянный), рассмотрите возможность установки вместо него комбинированного инверторного зарядного устройства RV.

Могу ли я вообще отказаться от инвертора?

Да!

Скоро выйдет статья об инверторах для жилых автофургонов, в которой объясняется, как вообще избежать необходимости в инверторе.

Как мне узнать, какие электрические устройства я буду использовать?

Получение полного списка электроприборов, устройств и компонентов, которые вы будете использовать в своем доме на колесах, является наиболее важной частью определения размеров электрической системы.

Недооценивайте его, и у вас может закончиться сила.

Переоцените, и вы, вероятно, потратите больше денег и усложните настройку, чем необходимо.

Работайте в течение своего обычного дня, учитывая все приспособления, которые вы будете использовать в процессе.

Вам понадобится полный список всех устройств переменного и постоянного тока, чтобы рассчитать общий банк солнечных батарей.

Отметьте компоненты переменного тока, чтобы рассчитать необходимый размер инвертора.

Я не буду использовать все свои устройства каждый день. Что мне вводить в калькуляторе?

Цель расчета — такой размер инвертора, чтобы он мог работать с устройствами переменного тока, с которыми вы будете работать.

Важно понимать, что размер инвертора рассчитан на одновременную работу с нагрузкой.

Даже если вы будете использовать свой мощный фен только несколько минут каждые пару дней, добавьте его в список, чтобы мы могли рассчитать подходящий для него инвертор.

Как узнать, работает ли мой прибор переменного или постоянного тока?

На этикетках или в технических характеристиках большинства бытовых приборов указано, является ли оно постоянным или переменным.

В противном случае, если у него есть вилка, которую вы можете использовать в домашних розетках, это, вероятно, прибор переменного тока.

Как узнать мощность каждого устройства?

Мощность большинства устройств указана на принтере, в руководстве по эксплуатации или на веб-сайте производителя в Интернете.

Иногда в продуктах указывается потребляемая мощность в токе (например, в амперах). В этом случае используйте калькулятор мощности в верхней части калькулятора инвертора выше, чтобы преобразовать ток и вольт в ватты.

У меня более 5 устройств. Что мне делать?

Если у вас в списке более 5 устройств переменного тока, выполните следующие действия:

1. Введите первые 5 устройств
2. Нажмите кнопку «добавить больше устройств»
3. Отобразятся еще 5 строк для добавления дополнительных устройств и еще одна кнопка «добавить больше устройств»

Всего можно добавить до 25 устройств .

У меня более 25 устройств. Что мне делать?

Введите 25 самых мощных устройств.

Почему инвертор минимального размера такой маленький?

Инверторы

увеличивают нагрузку на электрическую систему, даже если к ней не подключены никакие приборы. Чем больше инвертор, тем больше базовая нагрузка.

Так что установка инвертора увеличенного размера для ваших нужд — пустая трата времени.

Инвертор наименьшего размера, с которым вы можете обойтись, — это тот, который может работать с самым мощным устройством переменного тока в вашем списке без другой нагрузки.

Почему инвертор максимального размера такой большой?

Вы можете использовать несколько устройств переменного тока одновременно.

Если да, то вам понадобится инвертор, чтобы справиться с полной нагрузкой в ​​любой момент.

Инвертор максимального размера предполагает, что все ваши устройства будут использоваться одновременно. Если это не так для вашей настройки, введите только те устройства, которые вы будете использовать одновременно.

Не забудьте включить самое мощное устройство, если оно больше, чем общая мощность других устройств.

Я не использую все свои устройства одновременно. Инвертор какого размера мне нужен?

Если вы используете одновременно только одно устройство, вам понадобится инвертор рекомендованного минимального размера.

Если вы будете использовать несколько устройств одновременно, определите максимальную общую мощность комбинированных устройств и используйте их для расчета необходимого размера инвертора.

Мне нужен инвертор гораздо большего размера, чем рассчитал калькулятор. Что мне делать?

Выше мы включили мини-калькулятор, который поможет вам узнать, сколько батареи полностью загруженный инвертор будет использовать за час, и насколько большой должна быть солнечная батарея, чтобы обеспечить питание всего за один час.

Показанной солнечной батарее потребуется 4 хороших часа солнечного света для замены энергии батареи, используемой инвертором.

Если вы ожидаете более или менее пиковых солнечных часов, отрегулируйте солнечные батареи соответствующим образом.

Просто введите размер необходимого инвертора.

На моих результатах есть предупреждение о вреде для здоровья. Что это значит?

Инверторы

и устройства переменного тока по своей природе потребляют много энергии и могут быстро разряжать батареи.

Если вы используете полностью загруженный инвертор мощностью 1000 Вт в течение часа, он разрядит около 84 ампер из батареи.

Чтобы заменить эти 84 ампера, вам понадобится солнечная батарея мощностью 1000 Вт с 4 хорошими часами солнечного света.

Помните, что вы можете вынуть из батареи только то, что вы вставили.

Я получил сообщение о том, что все мои устройства слишком мощные. Что мне делать?

Самый большой инвертор, который вы можете реально запустить в доме на колесах или кемпере, составляет около 3000 Вт.

Если самое маленькое из всех ваших устройств переменного тока настолько велико, что ему требуется инвертор большей мощности, чем 3000 Вт, подумайте о менее мощном устройстве, альтернативе постоянного тока или включите его в сеть переменного тока при подключении.

Я получил сообщение о том, что не могу запустить все свои устройства одновременно. Что мне делать?

Возможно, вы не намереваетесь запускать все свои устройства одновременно, и в этом случае вы можете проигнорировать это сообщение.

Но если вы это сделаете, подумайте о менее мощных устройствах, альтернативах постоянного тока или включите их в сеть переменного тока при подключении.

Предполагаемый размер батарейного блока и солнечной батареи огромен. Это правильно?

Да! Удивительно, правда?

Может быть, подумайте, как можно сократить потребности в электричестве.

Приблизительный размер батарейного блока и солнечной батареи намного больше, чем у меня есть место? Что мне делать?

Настало время пересмотреть свои потребности в электричестве и способы их удовлетворения.

Нужна дополнительная помощь в расчете электрических компонентов вашего автофургона?

Вот ссылки на другие наши калькуляторы:

Калькулятор емкости инверторной батареи

и простая в использовании формула

Если вы планируете купить новую инверторную батарею, вы наверняка достигли точки, когда у вас возникла необходимость рассчитать емкость необходимой вам батареи.Значит, вы здесь.

Вам нужно рассчитать емкость, чтобы вы могли выбрать для себя подходящий аккумулятор. Емкость батареи инвертора — это просто количество нагрузки и количество часов, в течение которых батарея инвертора может проработать без подзарядки.

В этом руководстве я рассказал, как рассчитать емкость батареи, которая вам нужна. Я также рассказал, как можно рассчитать приблизительное время работы батареи от одной зарядки.

Как рассчитать емкость инверторной батареи: формула

Формула для расчета емкости инверторной батареи — это не ракетостроение.Это очень простая формула, и вот она:

Емкость аккумулятора = общая нагрузка в ваттах X время использования (в часах) / входное напряжение

Вы можете подумать, что, черт возьми, это вообще значит? Не волнуйтесь, давайте сначала разберемся, что означает каждый из этих терминов:

Емкость аккумулятора:

Емкость инверторной батареи рассчитывается в ‘AH’ , что означает ампер-час. Это просто означает, сколько ампер батарея может дать за час.

Идеальная батарея емкостью 150 А · ч в час может обеспечивать ток 150 А в течение 1 часа или 75 А в течение 2 часов и т. Д.

Общая нагрузка (в ваттах):

Это общая нагрузка, которую может выдержать ваш инверторный аккумулятор. Чем больше емкость у вашего аккумулятора, тем большую нагрузку он сможет нести в течение долгих часов.

Итак, все сводится к количеству устройств, которые вы хотите подключить к инвертору.

В качестве примера предположим, что вам нужно питание, 4 лампы по 40 Вт и 3 вентилятора по 75 Вт каждый.Суммарная нагрузка в этом случае составит:

4 x 40 + 3 x 75 = 385 Вт

Следовательно, нагрузка на инвертор будет 385 Вт.

Время использования (в часах):

Это просто означает, на сколько вы хотите, чтобы батарея прослужила при отключении питания. Вы можете оценить это, посчитав среднее время отключения электроэнергии в вашем районе.

Например, обычно, если отключение электричества в вашем районе длится 3 часа, это означает, что вам обычно потребуется 3 часа резервного питания.

Входное напряжение:

Это просто означает напряжение батареи. В Индии почти все инверторные батареи имеют входное напряжение 12 В. Однако некоторые инверторы также имеют входное напряжение 24 В.

Расчет:

• Общая нагрузка: 385 Вт
• Время работы: 3 часа
• Входное напряжение: 12 В

385 X 3/12 = 96,25 Ач

Следовательно, в этом случае аккумулятор емкостью 96,25 Ач должен служить хорошо.

Калькулятор емкости аккумулятора инвертора

Если вы хотите пропустить эти вычисления, я создал калькулятор специально для вас. Введите свои числа в калькулятор ниже и произведите расчеты за секунды.

---

---

Рассчитайте, сколько часов проработает батарея инвертора

Емкость аккумулятора и нагрузка, которую вы на него накладываете, определяют, сколько времени хватит на аккумулятор после каждой зарядки.

Например, если ваша батарея на 150 Ач, и вы поместите на нее нагрузку 150 А, ее хватит примерно на 1 час.Если поставить 10А нагрузки, то хватит на 15 часов.

Пример из реальной жизни:

Итак, давайте рассмотрим пример из реальной жизни, чтобы лучше понять это.

Предположим, у вас есть 2 лампы по 40 Вт каждая и 2 вентилятора по 75 Вт каждый и у вас есть инвертор емкостью 150 Ач.

Загрузка бытовой техники:

• 2 лампы = 40 x 2 = 80 Вт
• 2 вентилятора = 75 x 2 = 150 Вт

Общая нагрузка = 80 + 150 = 230 Вт

Входное напряжение = 12 В

Нагрузка на АКБ инвертора = 230/12 = 19.1 усилитель

Емкость аккумулятора инвертора = 150 Ач

Расчетное количество часов = 150 / 19,1 = 7,8 часов

Оценщик времени работы от аккумулятора инвертора

Я знаю, что выполнение этих расчетов утомительно и требует много времени. Итак, я создал еще один калькулятор, чтобы вы могли выполнить эти вычисления за несколько секунд:

---

---

Завершение

Прежде чем вы отправитесь в магазин за лучшими инверторными батареями в Индии, вам нужно будет рассчитать свои потребности, чтобы вы могли выбрать для себя правильную емкость инверторных батарей .

Я уверен, что эта статья и эти калькуляторы помогли вам в этом. 🙂

Также читают:

Каким образом определяется размер солнечного инвертора?

Время чтения: 4 минуты

Солнечные инверторы — один из самых важных компонентов системы солнечных батарей. Они несут ответственность за преобразование электричества постоянного тока (DC) от ваших солнечных панелей в электричество переменного тока (AC) для питания ваших приборов. Когда дело доходит до проектирования вашей системы солнечных панелей, размер вашего инвертора будет играть важную роль в общем производстве электроэнергии.В этой статье мы обсудим, что влияет на размер солнечного инвертора.

Как определить размер инвертора

Солнечные инверторы бывают разных размеров, больших и малых. Как и в случае с солнечными панелями, размер инвертора может быть измерен в ваттах (Вт). Когда дело доходит до выбора размера солнечного инвертора, установщики принимают во внимание три основных фактора: размер вашей солнечной батареи, ваше географическое положение и условия для конкретной площадки.

Размер вашей солнечной батареи

Размер вашей солнечной батареи является наиболее важным фактором при определении подходящего размера для вашего солнечного инвертора.Поскольку ваш солнечный инвертор преобразует электричество постоянного тока, поступающее от массива, он должен иметь возможность обрабатывать всю мощность, которую производит массив.

Как правило, размер вашего инвертора должен быть аналогичен номинальному постоянному току вашей системы солнечных батарей; если вы устанавливаете систему мощностью 6 киловатт (кВт), вы можете ожидать, что предлагаемый инвертор будет около 6000 Вт, плюс-минус небольшой процент.

Производители инверторов обычно указывают рекомендации по выбору емкости массива, с которой их инверторы могут работать в паре, в своих спецификациях на продукцию.Если размер солнечной батареи, сопряженной с их инвертором, выходит за рамки заявленных рекомендаций, производители могут аннулировать свое гарантийное предложение.

География

География также играет важную роль при выборе размера вашего солнечного инвертора из-за его влияния на производство вашей системы солнечных панелей. Недвижимость в Аризоне имеет более высокое солнечное излучение (т. Е. Большее количество солнечной радиации), чем недвижимость в Вермонте; Таким образом, система на крыше мощностью 6 киловатт (кВт) в Аризоне должна производить больше энергии, чем система аналогичного размера, расположенная дальше на север.

Поскольку эти две системы будут производить разное количество электроэнергии постоянного тока в заданный момент времени, инверторы, необходимые для обработки этой электрической нагрузки, также могут быть разных размеров. В областях с большим количеством солнечного света и умеренными температурами инверторы, вероятно, будут иметь размер, близкий к общей мощности солнечной батареи, чтобы она могла обрабатывать мощность, близкую к максимальной выходной мощности массива в любой заданной точке. В качестве альтернативы, если ваша солнечная батарея испытывает меньшее количество солнечного излучения или высокие температуры, которые снижают эффективность панели, она с меньшей вероятностью будет производить максимальную выходную мощность, определяемую номиналом постоянного тока в стандартных условиях тестирования (STC).В этих сценариях меньшего размера инвертор может справиться с этой задачей.

Факторы, специфичные для объекта

Место и особенности конструкции вашей солнечной батареи будут влиять на размер вашего солнечного инвертора. Как и в случае с географией, наклон и азимут вашей солнечной батареи будут влиять на то, сколько электроэнергии может производить система. Факторы окружающей среды (такие как затенение, пыль и т. Д.) Также будут играть большую роль в том, сколько солнечного света попадает на массив.

Установщики солнечных батарей учтут эти соображения, эффективность оборудования и многое другое при оценке общего производства вашей системы солнечных панелей.Все это будет способствовать общему коэффициенту снижения вашей системы, который используется для определения того, что ваша система солнечных панелей будет производить в реальном сценарии (в отличие от спецификаций STC, определенных в лаборатории). Системы солнечных панелей, которые Испытывают больше тени, находятся под неоптимальным наклоном или смотрят на восток, а не на юг, имеют более высокие коэффициенты снижения характеристик, чем системы на солнечных крышах, выходящих на юг.

Системы солнечных панелей с более высокими коэффициентами снижения мощности не будут достигать максимальной выходной мощности и, как таковые, могут обеспечить меньшую мощность инвертора по сравнению с размером массива.

Расчеты для выбора размера солнечного инвертора

Размер вашего солнечного инвертора может в определенной степени быть больше или меньше, чем номинальное значение постоянного тока вашей солнечной батареи. Отношение массива к инвертору системы солнечных панелей — это номинальное значение постоянного тока вашей солнечной батареи, деленное на максимальную выходную мощность переменного тока вашего инвертора. Например, если ваш массив мощностью 6 кВт с инвертором мощностью 6000 Вт, соотношение массива и инвертора равно 1. Если вы устанавливаете массив того же размера с инвертором 5000, соотношение будет 1.2. Большинство установок будет иметь коэффициент от 1,15 до 1,25; Производители инверторов и разработчики солнечных систем обычно не рекомендуют коэффициент выше 1,55.

Ниже приведены некоторые примеры солнечных инверторов и рекомендации по их максимальной выходной мощности постоянного тока:

Производитель	Изделие	Максимальная выходная мощность переменного тока (Вт)	Максимальная мощность постоянного тока (Вт)	Расчет коэффициента
Fronius	Galvo 3.1-1	3100	4500	(4500/3100) = 1,45
SMA Solar	Sunny Boy 5.0-US	5000	7100	(7100/5000) = 1,42
SolarEdge	SE5000H-US	5000	7750	(7750/5000) = 1,55

Более высокое отношение массива к инвертору может работать для вашей системы, если ваши солнечные панели не будут производить на максимальной мощности выход из-за факторов, упомянутых выше.Преимущество увеличения вашей солнечной батареи по сравнению с мощностью инвертора заключается в том, что инверторы с меньшей мощностью будут дешевле, чем их более крупные аналоги. Но не рекомендуется слишком увеличивать размер массива, так как это может привести к отсечению . Ограничение происходит, когда ваши солнечные панели вырабатывают слишком много постоянного тока для инвертора в данный момент времени. Когда это происходит, инвертор ограничивает количество энергии, которое он преобразует, что приводит к потерям мощности в вашей солнечной системе.

С другой стороны, вы не хотите устанавливать слишком большой солнечный инвертор (то есть с меньшим соотношением мощности массива к инвертору), потому что ваш инвертор будет наиболее эффективным, если он работает близко к своей общей мощности. Если инвертор слишком большой по сравнению с массивом, он не будет производить желаемое количество электроэнергии.

А как насчет микроинверторов?

В микроинверторах преобразование электричества постоянного тока в электричество переменного тока происходит на каждой отдельной панели. Микроинверторы меньше больших центральных инверторов и предназначены для управления мощностью всей системы.Таким образом, размер микроинвертора соответствует выходной энергии солнечной панели, для которой он преобразует мощность, а не номинальному току всей системы по постоянному току.

Подобно центральным инверторам, производители микроинверторов перечисляют рекомендации относительно максимального номинального тока постоянного тока, который должен иметь панель, если она привязана к их микропреобразователю. Если вы подключите панель с более высокой мощностью, чем указано в спецификациях микроинвертора, произойдет отсечение.

Найдите квалифицированного установщика солнечных батарей на EnergySage

Лучший способ убедиться, что ваш солнечный инвертор имеет соответствующий размер, — это обратиться к квалифицированному и авторитетному установщику солнечных батарей.Вы можете зарегистрироваться на EnergySage Solar Marketplace, чтобы получать несколько предложений онлайн от предварительно проверенных и проверенных установщиков. Эти утвержденные EnergySage установщики будут использовать инструменты проектирования, чтобы убедиться, что размер вашей солнечной батареи и инвертора соответствует вашим потребностям в электроэнергии, солнечному оборудованию, собственности и географическому положению.

No related posts.