Przybliżona sinusoida – co to jest i jak sobie z nią radzić

Po co nam aproksymowana sinusoida i co może dać? Bez względu na to, jak niezawodne są linie energetyczne, które dostarczają nam energię z państwowych elektrowni okręgowych (IES), elektrowni jądrowych i elektrociepłowni, zawsze może się zdarzyć wypadek lub zwykła awaria, która doprowadzi do blackoutu mieszkań i / lub przedsiębiorstw, organizacji, instytucji. I tutaj konsument często przełącza się na autonomiczne źródła zasilania - UPS lub generator (jeśli istnieje).

Źródło logicpower.ua

Na pierwszy rzut oka wszystko jest proste: po wyłączeniu światła jakiś rodzaj generatora diesla lub innego generatora jest uruchamiany automatycznie lub ręcznie, a zasilanie jest wznawiane, ale to nie do końca prawda. Problem polega na tym, że nie wszystkie falowniki są w stanie dostarczyć sinusoidalne napięcie przemienne potrzebne do urządzeń domowych i przemysłowych. Oczywiście w każdym razie będzie to zmienne, ale bez czystej sinusoidalnej postaci. Mówiąc prościej, zasilacz awaryjny przeznaczony do lampy żarowej nie nadaje się do żadnego kotła grzewczego.

O sinusoidzie

Źródło logicpower.ua

Rozumiemy, jak czysta fala sinusoidalna różni się od przybliżonej, i w tym celu spójrz na powyższy obrazek. Widać, że czysty sinus ma linię prostą, bez żadnych przesunięć. Jest to bardzo ważne, ponieważ większość silników elektrycznych, cewek indukcyjnych, dławików itp. może działać tylko wtedy, gdy przebieg napięcia wyjściowego ma czystą, gładką falę sinusoidalną. Oczywiście nie może być idealnie równa, a tak naprawdę współczynnik harmonii powinien wynosić mniej niż 8%, ale o tym poniżej.

Jeśli na jakimkolwiek UPS lub generatorze zobaczysz angielski tekst „Total Harmonic Distortion”, a po nim liczbę z procentami, masz do czynienia z producentem działającym w dobrej wierze. Faktem jest, że urządzenia z przybliżeniem sinusoidy są często sprzedawane bez informacji o tym fakcie, ponieważ takie urządzenie łatwiej sprzedać niedoinformowanemu nabywcy. Ale na urządzeniach lub ich dokumentach z czystą sinusoidą na pewno będzie potwierdzenie, że tak jest.

Źródło mykharkov.info

Oto współczynniki odchyleń (wskazane w procentach):

• idealnie czysta sinusoida - 0%;
• bliski ideału - <3%;
• dopuszczalna opcja - ≤5%;
• sinusoida schodkowa - ≤21%;
• fala prostokątna (meander) - ≥43%.

Uwaga: jak wspomniano powyżej, w praktyce dopuszczalny jest współczynnik nie do 5%, ale do 8%.

Kolejny niuans, który czasami jest zarówno nieoczekiwany, jak i niezrozumiały dla kupujących. Producenci zasilaczy bezprzerwowych stosują sztuczki, aby przeciętny użytkownik nie zwracał uwagi na to, że urządzenie ma przybliżenie sinusoidy. W dokumentach (bardzo rzadko w sprawie) można przeczytać następujące definicje sinusoidy:

• zmodyfikowany;
• modelowane;
• schodkowy;
• przybliżony;
• prawie;
• nie wspomina.

Jak widać, producenci po prostu nie chcą uzgadniać między sobą jednej nazwy, ale nie jest to dla nich opłacalne.

UPS z falą sinusoidalną

Źródło voltmarket.ua

Istnieje wiele zasilaczy bezprzerwowych - są produkowane w prawie wszystkich krajach świata, ale w zasadzie wszystkie urządzenia można podzielić tylko na trzy typy:

• Urządzenia wykorzystywane jako zasilanie awaryjne - off-line;
• Zasilacze bezprzerwowe Line-interactive - line-interactive;
• Źródła z podwójnym konwerterem są on-line.

Źródło m-strana.ru

W dokumentach towarzyszących lub na zewnętrznych oznaczeniach (na obudowie) zasilaczy awaryjnych (1) można znaleźć oznaczenie „Back”, ale jeśli jest podwójne i wygląda jak „Back-UPS”, można zapomnieć o gładka fala sinusoidalna. Tutaj parametry techniczne są całkowicie zależne od falownika, a w niedrogich modelach tego typu po prostu nie może być wbudowanego konwertera. Jeśli falownik nadal tam jest, koszt urządzenia znacznie wzrośnie.

Wybierając zasilacz bezprzerwowy line-interactive (2), znacznie zwiększa się możliwość zakupu urządzenia z czystym przetwornikiem sinusoidalnym. Za pomocą znaków wizualnych obecność takiego falownika można określić, jeśli widzisz oznaczenie „Smart” w dokumentach lub na zewnętrznym oznaczeniu (na obudowie), ale jest to tylko założenie, ponieważ „Back-UPS” również czasami zaczął używać tych symboli. Możesz dowiedzieć się dokładniej od sprzedawcy lub dokładnie przestudiować specyfikacje techniczne producenta.

I wreszcie modele on-line (3), które koniecznie mają podwójny falownik dla czystej fali sinusoidalnej. Niewątpliwą zaletą takiego urządzenia jest to, że działa ono wyrównując przybliżoną sinusoidę nie tylko podczas odłączania linii elektroenergetycznych (z akumulatorów), ale także w trybie normalnym. Główną wadą modyfikacji on-line jest ich wysoka cena.

Uwaga: UPS-y z dwoma konwerterami umożliwiają podłączenie zewnętrznego zasilania, co znacznie zwiększa autonomiczną żywotność urządzenia.

Przybliżone zastosowania zasilaczy UPS z falą sinusoidalną

Jak już zrozumiałeś, możliwe jest zastosowanie falowników UPS: aproksymacja sinusoidalna występuje również w przypadku czystej sinusoidy. Wszystko zależy od sprzętu, który przez takie źródła otrzyma prąd.

Gdzie schodkowa fala sinusoidalna nie przeszkadza

Jeśli urządzenie nie ma w swoim obwodzie ściemniaczy (elektronicznych urządzeń sterujących), kondensatorów, cewek indukcyjnych i wykorzystuje aktywne obciążenie, to nie jest podatne na tę lub inną sinusoidę. Takich urządzeń nie ma zbyt wiele, ale nadal istnieją i szeroko z nich korzystamy w życiu codziennym:

• zwykłe żarówki;
• proste piece elektryczne;
• żelazka, suszarki do włosów, lutownice;
• grzejniki elektryczne, takie jak kominki;
• kotły elektryczne (nie wszystkie).

Negatywny wpływ aproksymacji

W sieci czasem wymyka się opinia, że wszystkie urządzenia oświetleniowe mogą działać z UPS z przybliżoną falą sinusoidalną, ale to tylko półprawda. W większości przypadków nie używamy „żarówki Iljicza”, ale bardziej nowoczesnych lamp z przetwornikiem napięcia ≈220-230 V. Zdecydowana większość ludzi nawet nie myśli o zasadach działania takich urządzeń oświetleniowych, ale spójrz na wyniki testów niektórych z nich, które przedstawia poniższa tabela.

Źródło mykharkov.info

W tabeli porównano parametry różnych modeli opraw podłączonych do normalnej sieci ≈220-230 V oraz do zasilacza awaryjnego, w którym następuje stopniowe przybliżenie sinusoidy. Do eksperymentu wykorzystano UPS APC o mocy 500 V*A.

Nawet niedoświadczony użytkownik zauważy, że przy zmodyfikowanej sinusoidzie zmienia się charakterystyka elektryczna urządzeń oświetleniowych, a zmiany te zachodzą z negatywnym skutkiem – wzrasta pobór prądu, a sprawność (jasność) spada. Możliwa jest też inna reakcja, np. gdy dodamy kondensator w celu ograniczenia mocy, zbierze on wszystkie prądy bierne, które diody będą robić w tym samym czasie, a moc oczywiście wzrośnie kilkakrotnie, ale to bardzo szybko wyłączy lampę. Ale po podłączeniu do innego samodzielnego zasilacza UPS 12/220 V ten obraz nie jest obserwowany, a lampa działa normalnie.

Z tego możemy wywnioskować: podłączenie diod LED lub świetlówek do quasi-sinusoidy zależy od przypadku: może się przepalić, ale może działać normalnie. Jeśli mówimy o prawidłowej pracy urządzeń, w których prądy bierne występują w dużym stopniu, a także urządzeń wrażliwych na zakłócenia, to trzeba będzie stosować tylko źródła on-line wytwarzające czystą sinusoidę.

Wśród agregatów, dla których przybliżona sinusoida jest w każdym przypadku przeciwwskazana, są:

• wszystkie kotły grzewcze z elektryczną pompą obiegową i sterowaniem elektronicznym;
• pompy do zaopatrzenia w wodę, w tym hydrofory i modele zanurzalne;
• fani typu przemysłowego i domowego;
• wszystkie urządzenia z transformatorami.

Wniosek

Reasumując można powiedzieć, że zastosowanie schodkowej fali sinusoidalnej w urządzeniach generujących prądy bierne będzie w najlepszym wypadku skutkowało niemożliwością ich uruchomienia, a najgorsze opcje to spadek współczynnika mocy, a nawet szybka awaria. Dlatego zasilacze bezprzerwowe typu on-line, których wyjście jest czysto sinusoidalne, są najlepszą opcją dla zasilania awaryjnego zarówno na poziomie przemysłowym, jak i domowym.