Апроксимована синусоїда – що це таке і як з нею боротися

Навіщо потрібна наближена синусоїда і що вона може зробити? Якими б надійними не були лінії електропередач, що забезпечують нас енергією з ДВНГ (ІЕС), АЕС і ТЕС, завжди може статися аварія або звичайна поломка, яка призведе до знеструмлення житла та/або підприємства, організації, установи. І саме тут споживач часто переходить на автономні джерела живлення – ДБЖ або генератор (якщо такий є).

На перший погляд все просто: при згасанні світла автоматично або вручну запускається якийсь дизельний або інший генератор і відновлюється електропостачання, але це не зовсім так. Заковика в тому, що не всі інвертори здатні видавати синусоїдальну змінну напругу, необхідну для побутового та промислового обладнання. Звичайно, в будь-якому випадку вона буде варіативною, але без чистої синусоїдальної форми. Простіше кажучи, джерело безперебійного живлення, розраховане на лампу розжарювання, підійде далеко не для будь-якого опалювального котла.

Відмінності чистої та апроксимованої синусоїди

Давайте розглянемо різницю між чистою синусоїдою і наближеною синусоїдою, а для цього подивимося на зображення вище. Можна побачити, що лінія чистого синуса пряма, без будь-яких зсувів. Це дуже важливо, тому що більшість електродвигунів, асинхронних котушок, дроселів і т.д. можуть працювати тільки в тому випадку, якщо форма вихідної напруги має чистий, гладкий синус. Звичайно, він не може бути ідеально рівним, і насправді коефіцієнт гармонії повинен бути менше 8%, але про це нижче.

Якщо ви бачите на будь-якому ДБЖ або генераторі англійський текст «Total Harmonic Distortion», за яким слідує цифра з відсотками, значить, ви зіткнулися з сумлінним виробником. Справа в тому, що прилади з синусоїдальним наближенням часто продаються без інформації про цей факт, так як такий прилад простіше продати необізнаному покупцеві. Але на пристроях або їх документах з чистою синусоїдою обов’язково знайдеться підтвердження, що це так.

Ось коефіцієнти дисперсії (вказані у відсотках):

ідеально чиста синусоїда – 0%;
близький до ідеального – <3%;
прийнятний варіант – ≤5%;
ступінчаста синусоїда – ≤21%;
Прямокутний сигнал (меандр) – ≥43%.
Примітка: Як вже говорилося вище, на практиці допускається коефіцієнт до 8%, а не 5%.

Ще один нюанс, який часом і несподіваний, і незрозумілий покупцям. Виробники джерел безперебійного живлення використовують хитрощі, щоб пересічний користувач не звертав уваги на те, що пристрій має синусоїдальне наближення. У документах (дуже рідко на корпусі) можна прочитати такі визначення синусоїди:

• Змінений;
• Моделюється;
• Швидкість;
• наближений;
• Квазі;
• Жодної згадки.

Як бачите, виробники просто не хочуть домовлятися про єдину назву, але їм це не вигідно.

ДБЖ для котлів, як правило, призначені для зовнішніх джерел живлення

Джерел безперебійного живлення дуже багато – їх виробляють практично у всіх країнах світу, але, за великим рахунком, всі пристрої можна класифікувати всього на три типи:

Пристрої, які використовуються в якості резервного джерела живлення – off-line;
Лінійно-інтерактивні безперебійники – лінійно-інтерактивні;
Джерела, які мають подвійний конвертер, знаходяться в режимі он-лайн.

Варіанти бензинового генератора газового котла і як зробити правильний вибір

У супровідних документах або на зовнішніх маркуваннях (на корпусі) резервних ДБЖ можна зустріти позначення «Back», але якщо воно подвійне і виглядає як «Back-UPS», то про плавну синусоїду можна забути. Тут технічні параметри повністю залежать від інвертора, а в недорогих моделях такого типу вбудований перетворювач просто не може існувати. Якщо у вас все-таки є інвертор, вартість пристрою значно зросте.

При виборі лінійно-інтерактивного джерела безперебійного живлення  можливість купити пристрій з чистим синусоїдальним перетворювачем значно зростає. За візуальними ознаками наявність такого інвертора можна визначити, якщо побачити в документах або на зовнішньому маркуванні (на корпусі) позначення «Smart», але це лише припущення, оскільки «Back-UPS» теж стали час від часу використовувати ці символи. Дізнатися більше ви зможете у продавця або уважно вивчивши технічні характеристики від виробника.

І, нарешті, on-line моделі, які обов’язково мають подвійний інвертор на чисту синусоїду. Незаперечною перевагою такого пристрою є те, що він працює на вирівнювання наближеної синусоїди не тільки при відключенні ліній електропередач (від акумуляторів), але і в штатному режимі. Головним недоліком он-лайн модифікацій є їх висока ціна.

Примітка: ДБЖ з подвійним перетворювачем дозволяють підключати зовнішнє джерело живлення, що значно збільшує автономний термін служби агрегату.

Апроксимовані застосування синусоїдальних ДБЖ

Як ви вже зрозуміли, можливе використання інверторів ДБЖ: синусоїдальне наближення також присутнє при чистій синусоїдальній хвилі. Все залежить від обладнання, яке буде отримувати електроенергію через такі джерела.

Де ступінчаста синусоїда не заважає

Якщо обладнання не має в своїй схемі диммеров (електронних приладів управління), конденсаторів, індуктивних котушок і використовує активне навантаження, то воно не сприйнятливе до тієї чи іншої синусоїди. Таких пристроїв не так багато, але вони все ж існують, і ми широко використовуємо їх в побуті:

• звичайні лампи розжарювання;
• прості електроплити;
• праски, фени, паяльники;
• електричні обігрівачі, такі як каміни;
• Електричні котли (не всі).

Негативний вплив апроксимації

В інтернеті іноді зустрічається думка, що всі освітлювальні прилади можуть живитися від ДБЖ з наближеною синусоїдою, але це лише напівправда. У більшості випадків ми використовуємо не «лампочку Ілліча», а більш сучасні лампи з перетворювачем напруги ≈220-230 В. Переважна більшість людей навіть не замислюються про принципи роботи таких освітлювальних приладів, а дивляться на результати випробувань деяких з них, які представлені в таблиці нижче.

У таблиці порівнюються параметри різних моделей світильників при підключенні до звичайної мережі ≈220-230 В і до джерела безперебійного живлення, де відбувається ступінчасте наближення синусоїди. Для експерименту використовувався ДБЖ APC потужністю 500 В*А.

Навіть недосвідчений користувач помітить, що електричні характеристики освітлювальних приладів стають іншими при модифікованій синусоїді і ці зміни відбуваються з негативною – споживаний струм зростає, а ККД (яскравість) зменшується. Можлива й інша реакція, наприклад, при додаванні конденсатора для обмеження потужності він збере всі реактивні струми, що діоди зроблять одночасно, і потужність, звичайно, збільшиться в кілька разів, але це дуже швидко виведе лампу з ладу. Але при підключенні до іншого автономного ДБЖ 12/220 В такої закономірності не спостерігається, і лампа працює нормально.

З цього можна зробити висновок, що підключення світлодіодів або люмінесцентних ламп до квазісинуса залежить від випадку: він може перегоріти, але може нормально функціонувати. Якщо говорити про правильну роботу пристроїв, де в значній мірі присутні реактивні струми, а також для пристроїв, чутливих до перешкод, то доведеться використовувати тільки он-лайн джерела, що виробляють чисту синусоїду.

Серед агрегатів, для яких апроксимована синусоїда протипоказана в будь-якому випадку, можна назвати наступні:

• всі опалювальні котли з електричним циркуляційним насосом і електронним управлінням;
• водяні насоси, в тому числі гідрофори і занурювальні моделі;
• промислові та побутові вентилятори;
• Всі прилади з трансформаторами.

Висновок

Підводячи підсумок, можна сказати, що використання ступінчастої синусоїди для пристроїв, що генерують реактивні струми, в кращому випадку обернеться неможливістю їх запуску, а найгіршими варіантами є падіння коефіцієнта потужності і навіть швидкий вихід з ладу. Тому on-line джерела безперебійного живлення, де вихід чистий синус, є оптимальним варіантом безперебійного живлення як на промисловому, так і на побутовому рівні.

Особливості апроксимованої синусоїди в електропостачанні

Апроксимована синусоїда часто використовується в автономних джерелах живлення, таких як генератори або джерела безперебійного живлення (ДБЖ), для забезпечення електроенергією побутових приладів і обладнання під час відключень мережі. Наприклад, вона може живити освітлення або прості електроприлади у будинку, а також підтримувати роботу невеликих виробничих установок.

Однак не всі пристрої коректно працюють з апроксимованою синусоїдою. Складнощі виникають при підключенні чутливого обладнання, такого як сучасні опалювальні котли, медична техніка або електронні пристрої, що потребують чистої синусоїдальної напруги. Низька якість сигналу може призводити до некоректної роботи, перегріву або пошкодження обладнання.

Для вибору та налаштування джерел живлення з апроксимованою синусоїдою рекомендується консультуватися з профільними спеціалістами, щоб уникнути несправностей і забезпечити безпечну експлуатацію електроприладів.