Апроксимована синусоїда - що це і як з нею боротися

Навіщо нам потрібна апроксимована синусоїда і що вона може дати? Якими б надійними не були лінії електропередач, які постачають нас енергією від ГРЕС (КЕС), АЕС і ТЕС, завжди може статися аварія або рядова поломка, що призведе до знеструмлення житла та/або підприємства, організації, установи. І ось тут часто споживач переключається на автономні джерела живлення - ДБЖ або генератор (якщо вони є).

Джерело logicpower.ua

На перший погляд, все просто: при відключенні світла автоматично чи вручну запускається якийсь дизельний або інший генератор і подача електроенергії відновлюється, але це не зовсім так. Загвоздка в тому, що не всі інвертори здатні видавати синусоїдальну змінну напругу, необхідну для побутового та промислового обладнання. Звичайно, у будь-якому разі воно буде змінним, але без чистої синусоїдальної форми. Якщо ще простіше, то джерело безперебійного живлення, призначене для лампи розжарювання, не підійде для будь-якого опалювального котла.

О синусоиде

Джерело logicpower.ua

Давайте розберемося, чим чиста синусоїда відрізняється від апроксимованої і для цього подивіться на зображення вгорі. Ви бачите, що у чистого синусу лінія рівна, без будь-яких зрушень. Це дуже важливо, тому що більшість електродвигунів, індукційних котушок, дроселів тощо. можуть працювати тільки у тому випадку, якщо форма вихідної напруги має чистий, гладкий синус. Звичайно, ідеально рівним він не може бути і насправді коефіцієнт гармонії має бути меншим за 8%, але про це трохи нижче.

Якщо на будь-якому ДБЖ або генераторі ви бачите англійський текст Total Harmonic Distortion, а після нього число з відсотками, значить, ви зіткнулися з сумлінним виробником. Справа в тому, що прилади з апроксимацією синусоїди найчастіше продаються без інформації про цей факт, оскільки такий пристрій простіше продати непоінформованому покупцю. А ось на пристроях чи їхніх документах із чистою синусоїдою обов'язково буде підтвердження, що це так і є.

Джерело mykharkov.info

Ось якими можуть бути коефіцієнти за відхиленнями (позначаються у відсотках):

• ідеально чиста синусоїда – 0%;
• близька до ідеальної – <3%;
• прийнятний варіант - ≤5%;
• ступінчаста синусоїда - ≤21%;
• прямокутний сигнал (меандр) – ≥43%.

Примітка: як було зазначено вище, практично допускається коефіцієнт не до 5%, а до 8%.

Ще один нюанс, який часом є несподіваним, так і незрозумілим для покупців. Виробники джерел безперебійного живлення йдуть на хитрощі, щоб рядовий користувач не звертав уваги на те, що прилад має апроксимацію синусоїди. У документах (дуже рідко на корпусі) можна прочитати такі визначення синусоїди:

• модифікована;
• модельована;
• ступінчаста;
• апроксимована;
• квазі;
• жодної згадки.

Як бачите, між собою виробники просто не хочуть домовлятися про єдину назву, але їм це й невигідно.

ДБЖ із синусоїдальним сигналом

Джерело voltmarket.ua

Джерел безперебійного живлення існує чимало - їх виробляють майже у всіх країнах світу, але, за великим рахунком, всі прилади можна класифікувати тільки за трьома типами:

• Прилади, які використовують як резервне харчування - off-line;
• Лінійно-інтерактивні безперебійники – line-interactive;
• Джерела, які мають подвійний перетворювач – on-line.

Джерело m-strana.ru

У супровідних документах або на зовнішньому маркуванні (на корпусі) резервних ДБЖ (1) можна зустріти позначення "Back", але якщо воно подвійне і виглядає, як "Back-UPS", то про гладку синусоїду можна забути. Тут технічні параметри повністю залежать від інвертора, а в недорогих моделях такого типу вбудованого перетворювача просто не може бути. Якщо інвертор все-таки є, вартість приладу значно зросте.

Коли ви вибираєте лінійно-активне джерело безперебійного живлення line-interactive (2), то можливість придбати прилад із перетворювачем на чистий синус значно збільшується. За візуальними ознаками наявність такого інвертора можна визначити, якщо в документах або на зовнішньому маркуванні (на корпусі) побачите позначення «Smart», але це тільки припущення, оскільки «Back-UPS» теж стали використовувати ці символи. Більш точно ви зможете дізнатися у продавця або ретельно вивчити технічні характеристики від заводу-виробника.

І, нарешті, моделі on-line (3), у яких обов'язково є подвійний інвертор на чисту синусоїду. Безперечна перевага такого приладу в тому, що він працює на вирівнювання апроксимованої синусоїди не тільки під час відключення ЛЕП (від акумуляторів), а й у звичайному режимі. Головний недолік on-line модифікацій, це їхня висока ціна.

Примітка: ДБЖ з подвійним перетворювачем дозволяють здійснювати підключення зовнішнього живлення, що значно збільшує автономний ресурс агрегату.

Варіанти застосування ДБЖ з апроксимованою синусоїдою

Як ви вже зрозуміли, можна допускати застосування інверторів ДБЖ: синусоїдальна апроксимація присутня і з чистою синусоїдою. Все залежить від обладнання, яке отримуватиме електроенергію через такі джерела.

Де ступінчаста синусоїда не заважає

Якщо обладнання не має у своїй схемі димерів (електронних приладів регулювання), конденсаторів, індуктивних котушок і використовує активне навантаження, воно не сприйнятливе до тієї чи іншої синусоїди. Таких приладів не дуже багато, але вони таки є, і ми їх широко використовуємо в побуті:

• звичайні лампи розжарювання;
• прості електроплити;
• праски, фени, паяльники;
• електрообігрівачі типу камінів;
• електробойлер (не всі).

Негативний вплив апроксимації

У Мережі іноді проскакує думка, що всі освітлювальні прилади можуть функціонувати від ДБЖ із апроксимованою синусоїдою, але це лише напівправда. У більшості випадків ми не використовуємо не «лампочку Ілліча», а сучасніші світильники з перетворювачем напруги ≈220-230 V. Переважна більшість людей навіть не замислюються над принципами роботи таких освітлювальних приладів, але подивіться результати тесту деяких з них, які представлені в таблиці нижче.

Джерело mykharkov.info

У таблиці порівнюються параметри різних моделей світильників при підключенні до звичайної мережі 220-230 V і до джерела безперебійного живлення, де присутня ступінчаста апроксимація синусоїди. Для експерименту використали ДБЖ компанії APC з потужністю 500 V*A.

Навіть недосвідчений користувач помітить, що електричні характеристики приладів освітлення стають іншими при модифікованій синусоїді і ці зміни відбуваються з негативом - струм, що споживається, зростає, а ККД (яскравість) падає. Можлива також ще одна реакція, наприклад, коли для обмеження потужності додають конденсатор, він збере всі реактивні струми, що одночасно робитимуть діоди, і потужність, звичайно ж, збільшиться в кілька разів, але це дуже швидко виведе лампу з ладу. Але при підключенні до іншого автономного ДБЖ 12/220 V такої картини немає, і лампа працює нормально.

Звідси можна дійти невтішного висновку: підключення світлодіодів чи люмінесцентних ламп на квази-синус залежить від випадку: може згоріти, але може працювати у нормальному режимі. Якщо говорити про правильну роботу приладів, де значною мірою присутні реактивні струми, а також для пристроїв, які чутливі до перешкод, доведеться використовувати тільки джерела типу on-line, що видають чисту синусоїду.

Серед агрегатів, яким у будь-якому випадку протипоказана апроксимована синусоїда, можна назвати:

• всі котли опалення з електричним циркуляційним насосом та електронним керуванням;
• насоси для водопостачання, у тому числі гідрофори та занурювальні моделі;
• вентилятори промислового та побутового типу;
• вся техніка із трансформаторами.

Висновок

Підсумовуючи можна сказати, що використання ступінчастої синусоїди для приладів, що генерують реактивні струми, у кращому випадку обернеться неможливістю їх запуску, а найгірші варіанти – це зниження коефіцієнта потужності і навіть швидкий вихід з ладу. Тому джерела безперебійного живлення типу on-line, де на виході чистий синус, це найкращий варіант безперебійника як на промисловому, так і на побутовому рівні.