Устройства, выпускаемые для использования в автомобиле (магнитолы, телевизоры, автонасосы и пр.), рассчитаны на питание от 12 В, они обычно снабжены переходниками для подключения к 12 В через гнездо прикуривателя. Как же быть в ситуациях, когда требуется включить обычный бытовой прибор, требующий напряжения 220 В, если поблизости, кроме автомобиля (его аккумулятора), нет никаких источников «электричества»? Не возить же с собой повсюду бензоэлектрогенератор — громоздкий, тяжелый, требует запаса топлива, да и время готовности у него, мягко говоря, не маленькое.
Выручат в этих случаях инверторы — преобразователи энергии, превращающие постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В (частотой 50 Гц).
Главное условие для работы автомобильного инвертора — наличие автомобильного аккумулятора достаточной емкости. Инверторы с допустимой мощностью потребителей до 200 Вт подключаются с помощью соответствующего разъема к гнезду прикуривателя автомобиля, более мощные модели (свыше 200 Вт) — непосредственно к клеммам АКБ автомобиля с помощью поставляемого в комплекте кабеля большого сечения с аккумуляторными зажимами на конце.
В «ранних» моделях инверторов мощный генератор напряжения частотой 50 Гц работал на низкочастотный повышающий трансформатор. С вторичной обмотки трансформатора снималось выходное напряжение 220 В. В более поздних моделях высокочастотный генератор (от 20 до 100 кГц) работает уже на импульсный повышающий трансформатор. С выхода трансформатора напряжение выпрямляется, фильтруется и далее уже коммутируется мощными транзисторами с частотой 50 Гц.
Первый тип преобразователя напряжения имеет большие габариты и вес из-за массы низкочастотного трансформатора, но надежен, имеет хорошую перегрузочную способность и ремонтопригодность. Второй — значительно дешевле и легче. Правда, создает ВЧ-наводки и помехи, а ремонтопригодность оставляет желать лучшего. Для подавления помех может потребоваться дополнительный фильтр.
Инверторы также различаются по форме генерируемого переменного напряжения. Многие из них выдают так называемую «модифицированную синусоиду«, скорее напоминающую меандр.
Такие инверторы подойдут для питания большинства обычных бытовых приборов: утюгов, электрических плиток, электроинструмента и т.д.
В качестве примера можно привести линейку преобразователей серии «Car». Их параметры приведены в табл.1
а внешний вид у них такой:
Но существуют бытовые приборы, требовательные к форме напряжения (телевизоры, аудиотехника, приемники, трансиверы и пр.). Для них выпускаются инверторы с синусоидальным выходным напряжением, максимально приближенным по форме к напряжению в бытовой электросети. Конечно, эти инверторы сложнее в производстве и, соответственно, дороже.
Чтобы преобразователь смог обеспечить работу подключаемых приборов, необходимо хотя бы приблизительно рассчитать суммарную нагрузку и выбрать инвертор необходимой мощности. Потребляемую мощность электроприбора обычно маркируют на задней панели или указывают в технической документации. В расчетах следует учесть, что при одновременном подключении нескольких приборов (через тройник или удлинитель) общая потребляемая мощность суммируется.
Бытовые электроприборы по характеру нагрузки можно разделить на две группы.
Первая группа — это приборы, мощность которых практически постоянна. К ним относятся лампы, нагреватели, телевизоры, компьютеры и т.п. Для приборов этой группы можно выбирать инвертор с максимально допустимой мощностью, немного превышающей номинальную мощность приборов.
Вторая группа характеризуется тем, что стартовая нагрузка электроприборов при включении может превышать постоянную нагрузку в несколько раз (холодильники, насосы, электродвигатели и пр.). Современные преобразователи напряжения имеют защиту от перегрузок, которая постоянно срабатывает при включении таких электроприборов, если мощность инвертора выбирается исходя из номинальной мощности нагрузки. Следовательно, для такого оборудования лучше ориентироваться на двойной или даже на тройной запас по мощности инвертора.
Следует учитывать и то обстоятельство, что мощность, указанная на инверторе, — величина весьма приблизительная. Например, купив инвертор «Rovermate Nod 12/220-350» с выходной мощностью 350 Вт, я был уверен, что его вполне хватит не только для питания ноутбука, но и (при необходимости) на освещение лампочкой накаливания (220 В/60 Вт). Но мои надежды не оправдались. Инвертор такую нагрузку «не тянул»: срабатывала внутренняя защита и отключала его. В результате, потребовался инвертор с «нарисованной» (китайскими производителями) мощностью 450 Вт.
Подключение нагрузки к инвертору ведет к разрядке автомобильного аккумулятора, поэтому важно, чтобы инвертор имел функцию автоматического отключения при достижении на входе (клеммах АКБ) минимально допустимого напряжения (10,5±0,5 В).
В табл.2 приведена требуемая емкость автомобильного аккмулятора в зависимости от мощности нагрузки и инвертора.
Время работы электроприбора Т от инвертора, подключенного к аккумулятору, зависит от потребляемой мощности электроприбора, емкости аккумулятора, коэффициента полезного действия инвертора (КПД) и рассчитывается по формуле: Т = 12*С*(КПД/Р) час,
где 12 — напряжение аккумулятора Вольт; С — емкость аккумулятора А-час; Р — мощность нагрузки Вт.
Для приборов, потребляющих постоянную мощность, равную номинальной (обозначенной на них), примерное время работы можно рассчитать по формуле Т=(8,5*С)/Р час,
где С — емкость батареи А-час; Р — мощность подключенных устройств Вт.
Время работы электроинструмента, т.е. приборов, потребляющих номинальную мощность только в момент включения (прикладывания нагрузки), рассчитать сложнее, т.к. обычно процессы сверления, шлифования и пр. довольно кратковременны. Энергии аккумулятора, как правило, хватает на продолжительное время работы. Приблизительная формула для расчета: Т=(17*С)/Р час,
где С — емкость аккумулятора А-час; Р — мощность подключенных устройств, Вт.
Следует помнить еще, что аккумуляторы обладают так называемой «остаточной емкостью». Например, если, используя аккумулятор емкостью 90 А-час, «погонять» газонокосилку мощностью 1 кВт в течение 45 мин, инвертор выключится, поскольку напряжение АКБ «сядет». Но уменьшив нагрузку до 500 Вт (подключив, скажем, дрель), можно поработать ею столько же. Потом можно подключить нагрузку 300 Вт, затем 130, 60, 30 Вт и т.д. Конечно, расходование 100% энергии аккумулятора не рекомендуется, т.к. его ресурс в этом случае сокращается.
При длительном (более 2 час) подключении инвертора с достаточно мощной нагрузкой к аккумулятору (при неработающем двигателе) он заметно разряжается. Для примера, в табл.3 и 4 представлены расчетные значения времени разряда АКБ в зависимости от мощности потребителя энергии (для полностью заряженной АКБ «СТ-55» номинальной емкостью 55 А-час).
При разрядке аккумулятора требуется заводить двигатель (примерно раз в 2 часа) и давать ему поработать на холостом ходу 10… 15 мин. При этом заряд аккумулятора осуществляется от генератора автомобиля током 30…40 А, что систематически делать нежелательно (для сохранения АКБ).
На холостых оборотах двигателя (примерно 750 об/мин) мощность автомобильного генератора составляет 300…550 Вт (ток 20…40 А), при средних оборотах (2000.. .3000 об/мин) — 560.. .1400 Вт, что соответствует при номинальном напряжении (12…14 В) току 40… 100 А. Для собственных нужд двигателя с классической системой зажигания требуется около 60 Вт (ток 4 А), с инжекторной — до 200 Вт (12. ..14 А). На остальных потребителей «зарезервировано» на холостом ходу 140…280 Вт (максимум 20 А). Вот этим «резервом» и может питаться инвертор.
При увеличении оборотов двигателя до 2000 об/мин и выше мощность генератора быстро возрастает, но питать инвертор, постоянно газуя (с перерасходом топлива) — не выход из положения. Такой режим можно рекомендовать только на крайний случай.
А. КАШКАРОВ