При плануванні резервного живлення дуже важливо правильно вибрати звичайний чи інверторний генератор, оскільки генератор і споживачі мають підходити один до одного і неправильний вибір генератора може нанести шкоду споживачам або й самому генератору.
Електронні споживачі електроенергії та споживачі електроенергії з електронним управлінням різних типів часто мають відмінну від напруги форму споживаного струму, що необхідно враховувати при розробці резервного джерела живлення.
Ось кілька прикладів напруги (жовтий) і струму (зелений) під час роботи від електромережі:
світлодіодна лампа
зарядний пристрій мобільного телефону
BluRay ресивер
блок живлення ноутбуку
телевізор або монітор комп’ютера
прилад з живленням змішаного типу
Усі перелічені вище електронні споживачі електроенергії не мають вбудованої корекції фактору потужності та споживають лише частину синусоїди напруги.
В основному це електронні споживачі електроенергії потужністю до 75 Вт. Пристрої з потужністю понад 75 Вт повинні вже мати вбудовану корекцію фактору потужності (PFC). Наприклад, великий телевізор в режимі очікування і після його повного ввімкнення має дуже різні фактори потужності. Те ж саме відбувається і з ПК.
Приклади:
великий телевізор з PFC
телевізор з частковою PFC
стаціонарний комп’ютер у різних режимах роботи
Для порівняння струм споживання лампою розжарювання та електромотором:
Окремим випадком є пристрої з електронним регулюванням потужності (з контролером потужності):
приблизно. 50% потужності
100% потужності
Різниця у формі між напругою та струмом може призвести до небажаних ефектів. Необхідно розрізняти звичайні та інверторні генератори.
Струм у звичайних генераторах змінного струму йде з обмотки альтернатора, яка сама по собі є індуктивністю і частиною контуру із споживачами електроенергії:
Обмотку генератора змінного струму не можна порівнювати з вторинною обмоткою трансформатора, оскільки обидві збуджуються по-різному, а первинна обмотка трансформатора підключена до електромережі з низьким внутрішнім опором.
Для порівняння напруга (жовтий колір) і струм (зелений колір) під час роботи дриля з керуванням потужністю методом регулювання фази вмикання від загальної мережі та від звичайного генератора:
Явну деформацію напруги можна побачити у випадку зі звичайним генератором. Регулятор напруги регулює лише ефективне значення, але не контролює форму напруги. На ненавантажених ділянках хвилі напруги може виникнути перенапруга, хоча її ефективне значення (діюча напруга) залишається в межах допуску.
Напруга в максимумах синусоїди зростає до 325В при діючій напрузі 230В. При нерівномірному навантаженні на хвилю напруги можуть виникати піки напруги 400В і більше, що може пошкодити інші споживачі електроенергії, розташовані в цьому ж контурі. Наприклад, може бути пошкоджена чутлива електроніка, світлодіодні лампи тощо.
Метод регулювання фази вмикання використовується не лише для інструментів, а й для інших побутових приладів, таких як пилососи, пральні машини, теплові насоси тощо.
Метод регулювання фази вмикання також використовується в пристроях плавного пуску, які регулюють пусковий струм електродвигунів.
Електрика в інверторних генераторах виробляється електронним способом. Енергія спочатку накопичується в конденсаторах, які заряджаються альтернатором змінного струму через керований випрямляч. Постійна напруга конденсаторів перетворюється в змінну за мостовою схемою В2:
Для порівняння напруга (жовтий) і струм (зелений) під час роботи дриля з керуванням потужністю методом регулювання фази вмикання від загальної мережі та від інверторного генератора:
Можна побачити, що інверторний генератор може зберігати форму напруги краще, ніж звичайний генератор, і максимальна амплітуда напруги в хвилі напруги залишається в межах дозволеного діапазону.
Особливістю електронних навантажень або навантажень з електронним регулюванням потужності є те, що вони споживають лише частину хвилі напруги.
Для контролю фази вмикання використовуються тиристори, які відкриваються сигналом управління і закриваються лише при зниженні напруги до 0 В. Це спричиняє різний розподіл споживання на протязі хвилі напруги та викликає відповідні процеси. Напруга на ненавантаженій частині хвилі напруги може піднятися настільки високо, що може пошкодити інші споживачі струму, присутні в контурі.
Іншим типом можуть бути електронні споживачі електроенергії з імпульсними модулями живлення без вбудованої корекції коефіцієнта потужності.
Вони мають випрямляч і конденсатори, енергія яких поповнюється в той момент, коли амплітуда хвилі напруги досягає більшого значення, ніж напруга конденсаторів. Це призводить до імпульсного споживання струму.
Звичайні генератори (індуктивність як джерело струму) і інверторні генератори (конденсатор як джерело струму) поводяться по-різному щодо споживачів з імпульсним споживанням струму. Конденсатор здатний дозволити струму зростати та спадати набагато швидше, ніж котушка (індуктивність). Наростаючий фронт імпульсу струму виникає набагато повільніше в звичайному генераторі, а спадаючий фронт викликає перехідні процеси, які виникають через енергію, накопичену в котушці (E=LI²/2).
Ці перехідні процеси викликані вивільненням енергії, накопиченої в котушці, і являють собою гармоніки, які можуть досягати високих амплітуд, якщо споживання струму підключеними споживачами наближається до нуля.
Імпульсне споживання струму є звичайним для електронних пристроїв з модулями живлення без корекції коефіцієнта потужності. Ці пристрої здатні генерувати гармоніки, але й самі зазнають їх впливу, оскільки мова йде про замкнуту систему, і в деяких випадках можуть навіть бути пошкоджені.
Нерівномірне навантаження хвилі напруги спричиняє також зміну її форми і розподілення енергії.
Інверторні генератори мають інші характеристики, оскільки конденсатор працює інакше, ніж індуктивність, і по-різному реагує на зміну навантаження та коливання струму:
Передній фронт імпульсу струму виглядає зовсім по-іншому при тому ж навантаженні і ніяких перехідних процесів після імпульсу струму немає.
Таким чином, інверторні генератори набагато більше підходять для чутливих електронних пристроїв, ніж звичайні генератори (також з AVR).
Хвиля напруги, створювана інверторним генератором, також здатна краще підтримувати форму напруги.
А як виглядають ці ж самі процеси виглядають у мережі загального користування?
Ось як виглядає споживання електроенергії тим же електронним пристроєм від загальної мережі:
Видно, що навіть в мережі загального користування максимуми синусоїди мають певну деформацію, викликану великою кількістю електронних споживачів електроенергії.
Чи слід розуміти наведені вище результати вимірювань так, що звичайні генератори зовсім не підходять для сучасної техніки? Відповідь НІ!
Звичайні генератори все ще можуть використовуватися як джерело електроенергії, але при плануванні електропостачання необхідно враховувати їх властивості та властивості споживачів електроенергії, які будуть підключені до генератора.
Навантаження прийнято поділяти на лінійні (резистивні) і нелінійні.
Омічне навантаження, наявне в ланцюзі, здатне пом’якшити перехідні процеси та пов’язані з ними гармоніки таким чином, що вони більше не становлять небезпеки для чутливої електроніки. Омічне навантаження навантажує частини хвилі напруги, які не навантажуються електронікою, надає вихід для енергії, накопленій у котушці генератора, і таким чином гасить гармоніки.
Електронні пристрої з імпульсним споживанням електроенергії без корекції коефіцієнта потужності - це переважно невеликі споживачі електроенергії потужністю до 75 Вт. Сумарна потужність таких пристроїв у квартирі становить близько 300-400 Вт, а резистивне навантаження близько 100-200 Вт (лампи розжарювання), як правило, здатна стабілізувати їх роботу за рахунок гасіння перехідних процесів. У випадку більших потужностей необхідні інші рішення, відповідно до ситуації.
Інверторні генератори зазвичай не вимагають цих заходів і тому є кращим резервним джерелом живлення для чутливих споживачів електроенергії. Однак такі генератори мають меншу потужність і більш сприйнятливі до струмів самоіндукції споживачів електроенергії з електромоторами.
Як правило, індуктивні споживачі електроенергії з електромоторами мають високий пусковий струм, який в залежності від конструкції може в 3-6 разів перевищувати номінальний струм споживання:
Точильний станок без електронного управління (запуск і нормальна робота)
У разі живлення від інверторного генератора вихідна напруга може обвалитися, оскільки вони мають електронний захист від перевантаження, який може реагувати на миттєве значення струму:
Формування напруги припиняється, коли струм споживання досягає максимально допустимого значення. Енергія, накопичена в індуктивному навантаженні (E=LI²/2), викликає самоіндукцію, яка може пошкодити інверторний модуль генератора.
При експлуатації споживачів з електромоторами від інверторного генератора дуже важливо, щоб необхідна пускова потужність не перевищувала максимальну потужність генератора, інакше його інверторний модуль може бути пошкоджений.
У такому випадку наявне у контурі резистивне навантаження може відвести частину зворотних струмів і тим самим певною мірою захистити генератор. Якщо в контурі є лише індуктивне навантаження, піки напруги, викликані самоіндукцією, можуть досягти занадто високого значення та пошкодити електроніку генератора.
Споживання електроенергії в будинку зазвичай має складний характер, оскільки кожен активний пристрій робить внесок у форму споживання струму.
Ось приклад електропостачання квартири з працюючим світлодіодним освітленням, комп’ютером, монітором, холодильником та ін.
На осцилограмі нижче добавлена пральна машина з працюючим двигуном, швидкість якого регулюється методом фазового контролю потужності:
Чітко видно присутність споживача з індуктивною поведінкою.
Кілька активних споживачів струму можуть певною мірою врівноважувати один одного, навантажуючи різні частини хвилі напруги і уникаючи «небезпечного» випадку з ненавантаженими частинами синусоїди напруги.
Коефіцієнт потужності є вирішальним для всієї системи. У звичайній квартирі він складає приблизно 0,7-0,8, і звичайному споживачеві його важко оцінити. Генератор повинен покривати не тільки активну потужність, але і реактивну, тому не рекомендується використовувати генератор більше ніж на 80% від його номінальної потужності.
Наявні в контурі електроживлення резистивні споживачі і споживачі з вбудованою корекцією коефіцієнта потужності відіграють важливу роль і стабілізують всю систему.
Ось так виглядає споживання струму з увімкненим чайником (ліворуч) і пральною машиною (праворуч) під час нагрівання води:
Генератор як джерело електроенергії та споживачі електроенергії утворюють замкнуту систему, елементи якої впливають один на одного, і при виборі генератора для резервного живлення є надзвичайно важливо провести аналіз споживання та особливостей самих споживачів електроенергії.
Неправильний вибір генератора може нанести шкоду як споживачам так і самому генератору. Könner & Söhnen дає лише загальні рекомендації щодо використання генераторів свого виробництва.
Ми даємо свої рекомендації щодо використання наших генераторів. Аналіз існуючих енергосистем і розробка індивідуальних рішень щодо аварійного електроживлення є окремою послугою, яка не входить до технічної підтримки генератора, але ми сподіваємося, що наведена вище інформація може бути Вам корисною і допоможе зробити правильний вибір щодо резервного живлення.
ВИКЛЮЧЕННЯ ВІДПОВІДАЛЬНОСТІ:
Цей інформативний матеріал має на меті ознайомити з функціями генераторів Könner & Söhnen та можливостями їх застосування, може розглядатися лише як рекомендації, які мають бути адаптовані до обставин та умов під час інсталяції. Сама інсталяція має проводитися з дотриманням усіх діючих стандартів і правил. Ми не несемо відповідальності за неправильні інсталяції та їх наслідки.
