Кпд инвертора: РАСЧЁТ КПД ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Содержание

РАСЧЁТ КПД ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

   Речь в данной статье пойдёт о всем знакомого, но многим не понятного термина коэффициент полезного действия (КПД). Что же это такое? Давайте разберёмся. Коэффициент полезного действия, далее по тексту (КПД) — характеристика эффективности системы какого-либо устройства, в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезной использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. Обозначается обычно ? (« эта»). ? = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде: n=(A:Q ) х100 %, где А — полезная работа, а Q — затраченная работа. В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы или равен ей, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии! Просматривая разные сайты, часто удивляюсь, как радиолюбители сообщают, вернее, хвалят свои конструкции, за высокий КПД, не имея понятия, что это такое! Для наглядности на примере рассмотрим упрощенную схему преобразователя, и узнаем, как найти КПД устройства.
Упрощенная схема изображена на рис.1


   Допустим за основу взяли повышающий DC/DC преобразователь напряжения (далее ПН), из однополярного, в повышенное однополярное. В разрыв цепи питания включаем амперметр РА1,и параллельно входу питания ПН вольтметр РА2, показания которых нужны для расчёта потребляемой (Р1) мощности устройства и нагрузки вместе от источника питания. К выходу ПН в разрыв питания нагрузки тоже включаем амперметр РАЗ и вольтметр РА4, требующиеся для расчёта потребляемой нагрузкой (Р2) мощности от ПН. Итак, всё готово для расчёта КПД, тогда приступим. Включаем своё устройство, производим замеры показаний приборов и рассчитываем мощности Р1 и Р2. Отсюда Р1=I1 x U1, и P2=I2 x U2. Теперь рассчитываем КПД по формуле: КПД(%)= Р2 : Р1 х100. Вот теперь вы узнали примерно реальный КПД своего устройства. По подобной формуле можно рассчитать ПН и с двух полярным выходом по формуле: КПД(%)= (Р2+Р3) : Р1 х100, а также понижающий преобразователь. Следует отметить, что в значение (Р1) входит также и ток потребления, например: ШИМ-контроллёра, и (или) драйвера управления полевыми транзисторами, и прочими элементами конструкции.


   Для справки: производители автоусилителей зачастую указывают выходную мощность усилителя намного больше, чем в реальности! Но, узнать примерную реальную мощность автоусилителя, можно по простой формуле. Допустим на автоусилителе в цепи питания +12v, стоит предохранитель на 50 А. Высчитываем, Р=12V х 50A, итого получаем мощность потребления 600 Вт. Даже в качественных и дорогих моделях КПД всего устройства вряд ли превышает 95%. Ведь часть КПД рассеивается в виде тепла на мощных транзисторах, обмотках трансформатора, выпрямителях. Так вот вернёмся к расчёту, получаем 600 Вт: 100% х92=570Вт. Следовательно, не какие там 1000 Вт или даже 800 Вт, как пишут производители, этот автоусилитель не выдаст! Надеюсь, эта статья поможет Вам разобраться в такой относительной величине, как КПД! Всем удачи в разработках и повторении конструкций. С Вами был invertor.

   Форум по теории

   Форум по обсуждению материала РАСЧЁТ КПД ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ



ЧИП-АНТЕННЫ SMD

Чип-антенны на печатных платах — особенности конструкции, установка и согласование с волноводом.



ПРИКУРИВАТЕЛЬ ОТ USB

Устройство для использования разъёма USB в качестве прикуривателя — разборка и схема.


КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ SMD

Изучение принципа действия и параметров кварцевого генератора, выбор КГ для различных устройств.


Инверторы, ИБП (UPS) с чистой синусоидой производства России. Преобразователи напряжения DC/DC, DC/AC (12/24/220), авто ксенон. Разработчик и производитель


Энергетическая эффективность работы инверторов

г. Новосибирск
01 октября 2011 года
Инновационная компания «A-electronica. ru»

При применении инверторов для решения практических задач часто возникает вопрос об энергетической эффективности преобразования электрической энергии. Инвертор является одним из звеньев в цепи преобразования энергии для решения конечной задачи и это преобразование происходит с потерями. То есть лишь часть энергии, потребляемой инвертором, поступает на его выход, остальная же часть теряется в виде тепла, и это ненужный, паразитный эффект. Для количественного описания этого эффекта используется показатель КПД, равный отношению выходной мощности (или энергии) к потребляемой. Чем меньше энергии теряется относительно проходящего через инвертор потока энергии, тем больше эта цифра. Если потерь энергии нет, то КПД равен 1, но это теоретическое значение, а в практических инверторах КПД всегда меньше 1. Для инверторов величина КПД приводится в документации и является одной из важных характеристик. Чем больше КПД инвертора при равных других условиях, тем меньше относительных потерь энергии, то есть инвертор более эффективен.

Однако нужно заметить, что это потери энергии — это неизбежный процесс, и при решении практической задачи необходимо стремиться не к абсолютной минимизации потерь, а к тому, чтобы практическая задача имела простое решение.
Само по себе значение КПД не дает полной информации о величине потерь энергии в инверторе в конкретной задаче, так как режим использования инвертора может отличаться от того, в котором производилось измерение КПД.
Эффективность преобразования энергии зависит как от выбора применяемого инвертора, так и от режима его использования.
Целью данной статьи является освещение технологии оценки эффективности инверторов в практических задачах. Рассмотрен также и обратный вопрос о требованиях к эффективности инвертора исходя из поставленной практической задачи.
В практике применяется два основных режима использования инвертора — непрерывный и периодический. Расчет энергетической эффективности инвертора для этих режимов производится по разным методикам.
Так, для оценки эффективности в непрерывном режиме используется показатель КПД. В периодическом же режиме показатель КПД не отражает картину потребления энергии. В моменты времени, когда инвертор не используется, его выходная мощность равна нулю, соответственно равен нулю и КПД. Однако мощность от источника все равно потребляется, и ее количество может быть различным, соответственно показатель КПД в данном случае неинформативен. Поэтому эти разные режимы работы рассматриваются в отдельных разделах статьи.
Непрерывный режим работы

В непрерывном режиме работы инвертор постоянно работает на нагрузку. Мощность этой нагрузки может изменяться во времени согласно практической задаче. Важно, чтобы инвертор работал эффективно во всем диапазоне нагрузок, требуемом практической задачей.
Рассмотрим для примера такую практическую задачу, как автономная работа инвертора от аккумулятора определенной емкости. Оценим влияние КПД инвертора на длительность автономной работы. Обозначим:
E-доступная энергия аккумулятора
Po- мощность нагрузки
Pi- потребляемая от аккумулятора мощность
n- показатель КПД.
Тогда:



Таким образом, время автономной работы пропорционально КПД. Так, если в идеальном случае при n=100% время автономной работы составляет 10 часов, то при реальном значении КПД 80% время работы уменьшается на 20% и составит 8 часов.

Для того, чтобы решать задачу выбора оборудования, надо выбрать критерий эффективной работы. Для выбранной задачи можно в качестве критерия эффективности использовать относительное время работы от аккумулятора, то есть отношение реального времени работы к идеальному, т.е. для случая без потерь. Из предыдущих расчетов можно сделать вывод, что это относительное время равно по значению показателю КПД. Чтобы однозначно говорить о применимости конкретного оборудования к данной задаче, необходимо выбрать некий порог допустимых потерь n

п. Этот порог выбирается исходя из практической задачи. Для примера в этой статье будет использоваться порог в 80%. Это значит, что инвертор, обеспечивающий относительное время работы в 80% и более во всем диапазоне применяемых нагрузок, считается эффективным. И наоборот, инвертор, имеющий относительное время работы менее 80% при какой-либо нагрузке из диапазоне применяемых, считается неэффективным.
Для того, чтобы оценивать эффективность работы инвертора в практических задачах необходимо (хотя бы приближенно) знать показатель КПД при произвольной мощности нагрузки. Обычно эта информация не приводится в документации на инвертор, однако ее можно приближенно рассчитать с помощью некой энергетической модели инвертора. То есть с помощью модели можно задачу выбора инвертора решить с помощью расчетов, а не практических опытов.
Чтобы модель соответствовала конкретному инвертору, она должна содержать некоторые параметры, которые можно рассчитать исходя из доступных характеристик инвертора.
Итак, рассмотрим предлагаемую линейную энергетическую модель инвертора. Данная модель является неким упрощением реальных процессов, происходящих в инверторе, соответственно показатель КПД, получаемый с помощью модели, имеет какую-то погрешность. Однако эта погрешность невелика, и полученный параметр вполне может использоваться в практических расчетах. Ценность данной модели в том, что ее параметры можно рассчитать исходя из того минимума документации на инвертор, которая обычно доступна. Для определения параметров модели нужны лишь следующие данные:
1) КПД на какой-то определенной мощности
2) Потребление мощности на холостом ходу.

Модель можно отобразить в виде электрической схемы, приведенной на рис. 1.


Рис. № 1. Электрическая схема модели

Суть схемы заключается в том, что от источника электрической энергии( BATTERY) питается нагрузка, отображаемая сопротивлением Rn. Присутствующие на схеме сопротивления Rs и Rp моделируют потери энергии. Rp моделирует потери холостого хода, а Rs- потери за счет вносимого последовательного сопротивления. Путем математических расчетов, не приведенных в статье, выводится аналитическая зависимость КПД от мощности Po. Типовой график этой зависимости, созданный в программе micro-cap, приведен на рис.2.

Рис. № 2. График зависимости КПД от выходной мощности.

Из анализа графика можно сделать следующие выводы:
1)        График содержит две ветви. То есть одному значению выходной мощности соответствует 2 значения КПД. Это происходит потому, что одному значению выходной мощности соответствует 2 значения сопротивления нагрузки Rn. При этом меньшему сопротивлению нагрузки соответствует меньший КПД и наоборот. Нижняя ветвь соответствует работе инвертора в состоянии перегрузки, когда сопротивление нагрузки меньше сопротивления потерь Rs. Для практической работы нижняя ветвь не представляет интереса, так как при той же выходной мощности, что и для верхней ветви, теряется большая часть энергии источника.
2)        В начале координат находятся 2 крайних режима работы инвертора- холостой ход (Rn=off) и короткое замыкание (Rn=0). КПД в этих режимах равен нулю.
3)        На верхней ветви графика имеется максимум КПД. Этот максимум образуется потому, что в области как малых, так и в области больших мощностей КПД снижается из-за определенных факторов.

Рассмотрим работу инвертора в области больших и малых мощностей более подробно Для упрощения расчетов рассмотрим эти случаи как отдельные режимы.
В области малых мощностей влияние потерь в последовательном сопротивлении Rs незначительно. Основные потери связаны с параллельным сопротивлением Rp. Соответственно для данного случая можно упростить модель, исключив сопротивление Rs. Рассчитаем эффективность работы инвертора для данного случая.


Где Pp- мощность потерь в сопротивлении Rp.

Таким образом, если принять порог эффективности 80%, то, подставляя его в формулу, получим значение мощности Pmin, при котором достигается такой КПД.



То есть, для эффективной работы инвертора, мощность нагрузки должна более чем в четыре раза превышать мощность, потребляемую инвертором на холостом ходу. А в диапазоне выходной мощности от нуля до 4-х мощностей холостого хода инвертор работает неэффективно.
В диапазоне же больших мощностей складывается другая ситуация. Мощность потерь Pp становится незначительной по сравнению с выходной, поэтому данный вид потерь можно не учитывать и исключить Rp из схемы. Тогда в качестве источника потерь остается лишь сопротивление Rs. Аналогично вышеприведенным расчетам можно вывести:
Ps- мощность потерь в сопротивлении Rs.


Выразим з через Rn:


Выразим Po через Rn:


Подставляя значение Rn, получаем:


Данное выражение описывает параболу, повернутую на 90* в системе координат. Также как и в предыдущем случае с результатами моделирования, график имеет две ветви, то есть одному значению Po соответствуют 2 значения n. Интересующая нас верхняя ветвь графика является ниспадающей, то есть КПД падает с увеличением выходной мощности. Аналогично с предыдущими расчетами можно подставить пороговый КПД, для получения значения мощности Pmaх, при которой КПД равен 80%:


Однако часто нет необходимости производить математические расчеты для определения диапазона эффективной работы инвертора в области больших мощностей, потому что может быть заведомо известно, что инвертор достаточно эффективен из документации на инвертор. Так, часто КПД инвертора указывают для номинальной мощности. А работать длительно на мощности более чем номинальная инвертор не способен, поэтому указанный КПД на номинальной мощности будет минимальным (в области больших мощностей). Поэтому если указанный КПД больше, чем пороговый, то инвертор заведомо эффективен.
Исходя из проведенного анализа для данных двух граничных режимов, построен аналитический график зависимости КПД от выходной мощности, приведенный на рис. 3.


Рис. №3. Аналитический график зависимости КПД от выходной мощности.

На графике сплошной линией изображена верхняя ветвь зависимости КПД от выходной мощности для модели, приведенной на рис.1. Пунктирными же линиями изображены упрощенные зависимости для областей малой и большой мощности. Можно отметить, что как раз в этих областях пунктирные и сплошная линия сходятся, то есть упрощенные модели достаточно точно отображают исходную.
Исходя из графика, можно отметить, что инвертор способен работать эффективно в некотором диапазоне выходной мощности, ограниченном и снизу и сверху. Причем обычно сверху диапазон выходной мощности ограничен не падением КПД ниже порога, а величиной номинальной мощности. Поэтому в дальнейшем в качестве Pmaх можно использовать номинальную мощность инвертора Pн. Этот диапазон мощностей является важной характеристикой инвертора и показывает, какой мощности можно подключать нагрузку, чтобы оставаться в области эффективной работы инвертора. Данный диапазон можно выразить в относительных единицах, как отношение Pmaх к Pmin. И это отношение будет являться показателем качества инвертора, и показывать во сколько раз может отличаться мощность нагрузки внутри области эффективной работы инвертора. Однако это отношение будет зависеть не только от характеристик инвертора, но и от выбранного порога эффективной работы. Для того, чтобы данное отношение характеризовало только инвертор, нужно использовать величины, пропорциональные Pmin и Pmax, однако не зависящие от величины порога КПД. Для нижней границы области эффективной работы инвертора Pmin такой величиной является величина мощности холостого хода Pp. Таким образом, введенный показатель качества будет рассчитываться как отношение номинальной мощности к мощности холостого хода. По аналогии с другими областями техники назовем этот показатель динамическим диапазоном (ДД).

Для оценки значимости этого показателя рассмотрим два практических примера.
В первом примере имеются два инвертора, А и В, одинаковой номинальной мощности, но с разным ДД, пусть ДД инвертора А больше чем ДД инвертора В. Соответственно Pmin инвертора А будет меньше, чем у инвертора В (при любом пороге качества по КПД). Поэтому инвертор А сможет работать эффективно с некоторыми нагрузками небольшой мощности, а инвертор В- не сможет. Поэтому считаем инвертор А более качественным, чем инвертор В, то есть в данном примере инвертор с большим ДД более качественен чем инвертор с меньшим ДД.
Во втором примере также сравним два инвертора, А и В, с одинаковой мощностью холостого хода, и различным ДД.(Опять ДД инвертора А больше чем ДД инвертора В.) Соответственно Pmax инвертора А будет больше, чем у инвертора В. (при любом пороге качества по КПД). Поэтому инвертор А сможет работать эффективно с некоторыми нагрузками большой мощности, а инвертор В- не сможет. Опять же считаем инвертор А более качественным, чем инвертор В, то есть и во втором примере инвертор с большим ДД более качественен чем инвертор с меньшим ДД. Таким образом, мы сравнили инверторы по эффективности, не применяя напрямую показатель КПД. Это может быть важно в тех случаях, когда КПД неизвестен. Это подчеркивает важность показателя ДД как индикатора качества инвертора.
В завершение данной части статьи приведем пару практических значений ДД. Для инвертора Porto HT-P-1200 http://www.porto-accessories.com/goods/mobile_power/HT-P-1200.html приведена номинальная мощность в 1200Вт и ток потребления холостого хода 0.7А. Соответственно мощность Pp=Ip*U=0.7A*12В=8.4Вт. ДД=Pн/Pp=143. Минимальная мощность нагрузки, при работе с которой КПД выше 80%, составляет Pmin=4*Pp=34Вт. Если же взять для сравнения инвертор ПН7-12-1200 http://a-electronica.ru/news-new-line-product-inverters-PN7.html , то при такой же номинальной мощности ток холостого хода меньше и составляет 0.4А. Соответственно Pp=Ip*U=0.4A*12В=4.8Вт. ДД=Pн/Pp=250. Данный показатель качества для инвертора ПН7-12-1200 выше, чем для ранее рассмотренного. Соответственно, минимальная мощность нагрузки, при работе с которой КПД выше 80%, меньше и составляет Pmin=4*Pp=19Вт. То есть с нагрузками малой мощности этот инвертор работает более эффективно.
Периодический режим работы

Периодический режим работы инвертора заключается в том, что часть времени инвертор работает с потребителями, а часть- простаивает без нагрузки. В практических задачах такой режим работы инвертора используется очень часто. Например, когда инвертор питает группу потребителей, и управление потребителями происходит с помощью выключателей питания на каждом потребителе. В этом случае инвертор должен быть постоянно включен, даже если все потребители выключены, чтобы обеспечить такую же логику питания, как и от обычной сети переменного тока. Другой пример- подключение потребителей, которые самостоятельно управляют своим включением, например компрессорно- ресиверные агрегаты или холодильники.
Во время простоя инвертор не питает нагрузку, однако расходует энергию на собственное потребление. То есть часть энергии источника теряется, уменьшая эффективность инвертора. Доля этой энергии в общих потерях может быть различна, но в некоторых случаях, например при относительно больших временах простоя эффективность инвертора может быть весьма невелика.
Для расчетов эффективности необходимо разбить периодический режим работы на две фазы, легко рассчитываемые отдельно. Первой фазой является работа инвертора на нагрузку, и она рассчитывается как для непрерывного режима работы инвертора. Вторая же фаза- это простой инвертора без нагрузки. Для объяснения порядка расчетов служит следующий пример.
Произведем расчет для типичного случая – задачи питания холодильника. В примере используется небольшой холодильник с следующими параметрами: средняя мощность потребления — 20Вт, относительное время включенного состояния – 1/4, то есть в течении часа компрессор находится во включенном состоянии 15мин. Для питания используем инвертор Porto HT-P-1200, параметры которого приведены в первой части статьи. Расчеты эффективности в данном случае проще проводить не через мощности, а через энергии, потребляемые за какое-то определенное время, например 1 час. КПД тогда определяется по формуле:

, где
Eo- полезная энергия
E-энергия, потребляемая от источника
Ep- общая энергия потерь
Энергия потерь в данном случае считается как сумма энергий потерь, происходящих во время работы инвертора с нагрузкой и во время простоя инвертора. Для работы инвертора с нагрузкой:

, где
t- время работы инвертора с нагрузкой (1/4 часа в нашем случае)
ni- КПД инвертора при работе с нагрузкой (0.85 из документации)
Р- мощность холодильника при работе(20Вт средней мощности делим на относительное время работы и получаем мощность компрессора холодильника 80Вт)
Таким образом, энергия потерь за время работы компрессора с нагрузкой составит 3.5Вт*ч.
Энергия же потерь во время простоя инвертора определяется как произведение времени простоя( 3/4 часа для нашего случая) и мощности потерь инвертора на холостом ходу (8. 4Вт из расчетов в предыдущей части статьи). Что дает 6.3Вт*ч . Полезная же энергия равна произведению средней мощности потребления холодильника на интервал измерения энергии, и составляет 20Вт*ч. Таким образом, эффективность использования энергии в данном примере получается n=67%. Данный КПД ниже порога эффективности, принятого в предыдущей части статьи. Хотя КПД самого инвертора при работе выше этого порога. Данное падение общей эффективности объясняется большими потерями энергии за время простоя инвертора- в этом примере они в почти 2 раза больше потерь во время работы инвертора на нагрузку.
Данный пример показывает важность уменьшения потерь во время простоя инвертора. Эти потери можно уменьшить, выбирая инвертор с меньшим током холостого хода. Для инверторов одинаковой номинальной мощности это означает больший ДД. То есть показатель качества инвертора, предложенный в предыдущей части статьи для непрерывного режима работы, оказывается применим и к периодическому режиму работы.
Однако потребление инвертора на холостом ходу является важной технической характеристикой инвертора, и на данном уровне технологий уменьшить его получается лишь за счет ухудшения каких-либо других параметров. Для преодоления этого ограничения существуют различные технологии экономии энергии при простое инвертора. Они основаны на том, что в моменты простоя инвертора он отключается и потребляет меньше энергии. В предыдущем примере был использован инвертор без подобной функции. В следующем же примере применим для питания той же нагрузки другой инвертор- ПН7-12-1200. Данный инвертор обладает функцией экономии энергии при простое (режим сна). При активации этого режима ток потребления при простое составляет лишь 15мА. Произведя расчеты, подобные предыдущему примеру, получаем значение энергии потерь простоя в 0.135Вт*ч. Что более чем в 40 раз меньше аналогичного параметра для предыдущего примера. И более, чем на порядок меньше потерь энергии во время работы инвертора на нагрузку. Это позволяет потери энергии во время простоя инвертора вообще не принимать во внимание и производить расчеты как для непрерывного режима работы. То есть не учитывать падение эффективности инвертора за счет его простоя, так как оно незначительно. Можно сказать, что использование такой эффективной, как в инверторе ПН7-12-1200, функции экономии энергии при простое позволяет практически полностью исключать потери, связанные с холостой работой инвертора в данном примере.

Как можно подключать сварочный инвертор? | Часто задаваемые вопросы

Этот, на первый взгляд простой вопрос, требует немалых знаний по электротехнике. Конечно, большинство пользователей при подключении сварочного аппарата довольствуются чужими подсказками и нередко сталкиваются с тяжелыми последствиями. Малой неприятностью будет выход из строя электросети, средней – поломка инвертора, а большой — пожар.

Штатная домашняя розетка рассчитана на ток 10 А. Более современные (евророзетки) на 16 А. Самый слабый бытовой инвертор имеет мощность около 5 кВт и потребляет максимальный ток около 25 А. При таком токе вы не сможете варить без остановок. Но, есть еще такое понятие, как ПВ (продолжительность включения). И если следовать рекомендациям по соблюдению ПВ аппарата для его оптимального охлаждения, то даже бытовым инвертором можно варить 4-х мм. электродом.

При сварке 2-х мм электродом можно варить практически без перерывов. Отсюда вывод – забудьте про включение сварочного инвертора в розетку, рассчитанную на ток 10 А. Включение в 16А розетку допустимо, но не желательно. Лучшим вариантом будет устройство подключения инвертора к домашней сети через промышленный разъем или автоматический выключатель, рассчитанные на коммутацию переменного тока до 30 -50 ампер.

Удлиняем питающий кабель

Эта необходимость появляется повсеместно, ведь штатная длина кабеля не бывает более 2,5 метра. Бытовой инвертор потребляет примерно 25 ампер. Для передачи такого тока достаточно медного провода сечением 2,5 квадратных миллиметра.

Полевые работы

Под полевыми условиями будем подразумевать место сварки, не обеспеченное питанием от электрической сети. В таких случаях чаще всего используют автономные бензогенераторы. При этом порой совершают ошибку, полагая, что можно обойтись генератором небольшой мощности. Простые расчеты показывают, что для сварки 3-х миллиметровым электродом, с учетом КПД инвертора, необходим генератор мощностью 6 кВт.

В противном случае, не избежать провалов напряжения на входе инвертора. Слабое место сварочных инверторов: их чувствительность к скачкам напряжения на входе, от которых они могут выходить из строя.

Вывод

Сварочные инверторы не без основания приобрели широкую популярность, как в промышленности, так и в домашних условиях. Можно считать безосновательными разговоры о том, что их нельзя подключать к бытовой сети. При грамотном подходе, они прекрасно работают в таких условиях.

Исследование алгоритмов поиска точки максимальной мощности для повышающего преобразователя напряжения солнечного инвертора


Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/22655

Title: Исследование алгоритмов поиска точки максимальной мощности для повышающего преобразователя напряжения солнечного инвертора
Authors: Русскин, Виктор Александрович
Семенов, Сергей Михайлович
Диксон, Роберт Кристофер
Keywords: максимальная мощность; отслеживание; точки; метод возмущения и наблюдения; метод возрастающей проводимости; повышающие преобразователи напряжения; преобразователи энергии; солнечные батареи; maximum power point tracking; perturbation and observation method; incrementing conductance method; boost DC-DC converter; energy converter of solar batteries
Issue Date: 2016
Publisher: Томский политехнический университет
Citation: Русскин В. А. Исследование алгоритмов поиска точки максимальной мощности для повышающего преобразователя напряжения солнечного инвертора / В. А. Русскин, С. М. Семенов, Р. К. Диксон // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. — 2016. — Т. 327, № 4. — [С. 78-87].
Abstract: Актуальность работы определяется необходимостью повышения показателей энергоэффективности силовых преобразовательных устройств для нужд альтернативной энергетики. В настоящее время всё больше внимания уделяется альтернативным источникам энергии, в том числе солнечной энергетике, в связи ростом цен на невозобновляемые источники энергии. Однако генерирование солнечной энергии имеет ряд проблем, связанных со стоимостью фотопанелей, их утилизацией и несовершенством устройств преобразования энергии этих систем. Всё это требует создания источников питания на современной элементной базе и систем их управления, позволяющих достигать высоких показателей энергоэффективности. Для решения этих задач выбран метод поиска точки максимальной мощности повышающего преобразователя напряжения для солнечных источников энергии с использованием известных алгоритмов поиска. Цель работы: исследование различных алгоритмов поиска точки максимальной мощности для систем на основе солнечных батарей; разработка структуры с наилучшими показателями коэффициента полезного действия и быстродействия на основе рассмотренных типовых схем преобразования энергии солнечных батарей и алгоритмов их управления; создание физического макета конечного устройства и оценка его показателей. Методы исследования: обзор литературных источников по типовым схемам преобразователей энергии солнечных батарей на основе DC-DC конвертеров и алгоритмам поиска точки максимальной мощности, сравнительный анализ имеющихся данных с использованием средств компьютерного моделирования. Использованы как методы имитационного моделирования с помощью программы Matlab/Simulink, так и макетирование с проведением соответствующих экспериментов: настройка ПИ-регулятора, имитация различных уровней затемнения солнечной батареи, оценка коэффициента полезного действия преобразователя. Результаты. Разработаны имитационные модели для метода возмущения и наблюдения (адаптивного и неадаптивного) и метода возрастающей проводимости, а также проведено исследование их применений для различных уровней освещённости. Составлено программное обеспечение для микропроцессорной системы управления двухфазным повышающим преобразователем напряжения, и проведен ряд опытов по имитации различных уровней освещённости солнечной батареи для оценки коэффициента полезного действия экспериментальной установки. В работе получены показатели точности нахождения точки максимальной мощности до величины, равной 99 %, для варианта с адаптивным алгоритмом изменения шага. При экспериментальном исследовании достигнуты аналогичные показатели точности, соответствующие 95-96 %, при времени квантования 10 мс (для неадаптивного алгоритма возмущения и наблюдения).
The relevance of the discussed issue is caused by the need to improve energy efficiency of DC-DC power converting devices for needs of alternative power engineering. Nowadays the increasing attention is paid to alternative energy sources such as solar power. This is caused by increase in price for non-renewable energy sources. However, generation of solar energy has a number of problems related to the cost of photovoltaic panels, their utilization and imperfections of devices of energy conversion of these systems. All these issues demand the development of power supplies on modern element base and their control systems which allow reaching high rates of energy efficiency. To achieve these aims the authors have used the known methods of tracking maximum power point. The main aim of the study is to research various maximum power point tracking algorithms for photovoltaic systems; to develop the system with the best efficiency and high-speed performance and physical model of the final device and to estimate its efficiency. The methods used in the study: reviewing of technical publications concerning maximum power point tracking algorithms; simulation modeling using Matlab/Simulink and certain experiments with a prototype of two-phase DC-DC boost converter. The experiments and modeling includes: setup of PI-regulator, imitation of various levels of blackout of a solar battery, assessment of efficiency of the converter. The results. The authors developed the simulation models for adaptive and non-adaptive perturbation and the observation and incremental conductance method and studied their application for different levels of illumination. The software for a microprocessor control system was designed. The authors carried out the experiments in simulation of different levels of illumination of the solar battery to estimate the efficiency of the device. The research demonstrates high value of maximum power point tracking efficiency (99 %) for option with adaptive algorithm of a step change. At the experiment the similar indicators of accuracy (95-96 %) were obtained, at quantization time of 10 ms (for not adaptive algorithm of pertrubation and observation).
URI: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/22655
Appears in Collections:Известия ТПУ

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Инвертор для катера и яхты

Инвертор повышает комфорт на борту. Он дает возможность наслаждаться тишиной и покоем на якорной стоянке, экономит деньги и при этом имеет очень небольшое количество недостатков. С этим согласится большинство владельцев катеров и парусных яхт.

Содержание статьи

Типы инверторов

Инвертор производит переменное напряжение из постоянного и по сравнению с зарядным устройством работает в противоположном направлении. Преобразование выполняется в два этапа: сначала постоянное напряжение превращается в переменное, которое затем повышается до требуемого уровня.

График напряжения инвертора с модифицированной и чистой синусоидой

Все модели делятся на две большие группы: инверторы с чистой синусоидой и устройства у которых напряжение имеет форму ступенчатой ​​квадратной волны, которую иногда называют модифицированной синусоидой. Оба вида напряжения можно получить переключая электронные ключи как на частоте сети (50 раз в секунду), так на частоте на несколько порядков превышающую сетевую ( 20000 Гц и более). Таким образом возникает четыре возможные комбинации инверторов: линейный — квадратная волна, линейный — синусоидальная волна, высокочастотный — квадратная волна и высокочастотный — синусоидальная волна.

Аккумуляторы для инвертора

Микроволновая печь мощностью 1200 Ватт через инвертор потребляет от 12-вольтовой аккумуляторной батареи 100 А. Поскольку КПД инвертора при преобразовании постоянного напряжения в переменное меньше  100% , реальный ток еще выше  — 110  — 115 А. Это в двадцать раз больше, чем в 220-вольтовой электрической системе.

Длительный и кратковременный разряд

Чем больший ток потребляют подключенные к аккумулятору устройства, тем меньше его емкость в ампер-часах. При разряде высоким током полезная емкость свинцово-кислотного аккумулятора (заряд который он может отдать до того, как напряжение упадет ниже порогового уровня) составляет лишь часть номинального значения. Поэтому под нагрузкой напряжение аккумулятора резко падает и инвертор отключается. Через некоторое время аккумуляторная батарея восстанавливается и отдает еще одну короткую порцию энергии. Но рано или поздно повторяющиеся разряды высоким током в течение длительного времени разрушат аккумулятор

Комбинированная модель для яхты или катера инвертор-зарядное устройство Sterling Power Pro Combi S+. Инвертор номинальной мощностью 1600 Вт, зарядное устройство с током 50 А и 8 режимами зарядки для различных типов аккумуляторов. Дополнительный выход для зарядки стартового аккумулятора. Встроенный автоматический выбор источника переменного напряжения. Съемный пульт дистанционного управления. Удобный доступ к клеммам для подключения нагрузки и аккумуляторов

При использовании аккумуляторов равной емкости, под одинаковой нагрузкой, гелевые аккумуляторы лучше держат напряжение, чем жидко-кислотные, а AGM лучше, чем гелевые. Литий-ионные аккумуляторы поддерживают стабильное напряжение почти до полной разрядки.

Ни при каких условиях длительный ток разряда аккумуляторов не должен превышать 25% от емкости для жидко-кислотных и 40% AGM батарей. Допустимый разрядный ток для литиевых аккумуляторов до 100% емкости.

Интенсивность нагрузки — лишь одна сторона воздействия инвертора на аккумулятор. Ее продолжительность  — другая. Чтобы избежать чрезмерных разрядов, емкость свинцово-кислотной аккумуляторной батареи должна быть в два с половиной — четыре раза больше предполагаемого потребления электричества между зарядками (емкость литиевого аккумулятора — в полтора-два раза).

Если на яхте или катере нет огромных аккумуляторных батарей, на генератор двигателя не установлен внешний многоступенчатый регулятор напряжения или DC-DC зарядное устройство, не стоит дополнительный генератор, то мощный инвертор следует включать с полной нагрузкой только в редких случаях и в течение короткого времени.

Защита аккумуляторов

Из-за того, что инверторы способны быстро разряжать аккумуляторы  в них всегда встраивают цепь, отключающую устройство при низком напряжении аккумуляторной батареи.

Если инвертор подключен к аккумулятору относительно небольшой емкости, то при высокой нагрузке напряжение аккумулятора быстро упадет, хотя его заряженность при этом изменится не так сильно. Поэтому чтобы предотвратить преждевременное обесточивание инвертора при высоких кратковременных нагрузках, точку отключения устанавливают между 10,0 и 11,0 Вольтами.

Однако, если разряжать аккумулятор слабым током, то при напряжении 10,0 Вольт он не только будет «мертвым», но и получит значительные внутренние повреждения. Другими словами, встроенное отключение по низкому напряжению защищает инвертор, но не аккумулятор. Для защиты аккумуляторной батареи на автоматику инвертора полагаться не стоит, необходимо использовать другие средства контроля.

Зарядка аккумуляторов

Для аккумулятора инвертор – это источник циклической нагрузки. Сначала он разряжает батарею, а затем заряжает. В течение длительного времени такой режим работы выдерживают только качественные аккумуляторы глубокого разряда. Поэтому, несмотря на то, что найти инвертор, отвечающий потребностям бортовых потребителей переменного тока легко, на катере или яхте не так просто создать систему быстрой зарядки аккумуляторов для инвертора

Например, на яхте с ожидаемым ежедневным потреблением около 120 Ач емкость свинцово-кислотной аккумуляторной батареи должна быть около 480 Ач. Поскольку эффективность преобразования энергии меньше 100%, то аккумуляторам необходимо вернуть дополнительно до 40% сверх отданного ими заряда. Таким образом устройства зарядки должны передать сервисной аккумуляторной батарее до 168 Ач в день (120 Ач × 1.4).

DC-DC зарядные устройства в несколько раз сокращают  время зарядки аккумуляторов

  • Sterling Power BB1260

    Входное напряжение 11-20 Вольт

  • 12->12 Вольт &nbsp&nbsp&nbsp

    Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-20 Вольт

  • Максимальный ток 60 А &nbsp&nbsp&nbsp

    Есть режим 50% мощности

  • Быстрая зарядка постоянным током

  • Режимы для GEL(2), AGM(2), LiFePO4, кальциевых и жидко-кислотных аккумуляторов &nbsp&nbsp&nbsp

    9 режимов зарядки. Возможность создать собственный зарядный профиль

  • — &nbsp&nbsp&nbsp

    Класс защиты IP21

  • Sterling Power BB1230

  • 12->12 Вольт

  • Максимальный ток 30 А

  • Быстрая зарядка постоянным током &nbsp&nbsp&nbsp

    Четырехступенчатый зарядный профиль. Постоянный ток, постоянное напряжение, кондиционирование и поддерживающая зарядка

  • Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов

  • Sterling Power BBW1212

  • 12->12 Вольт &nbsp&nbsp&nbsp

    Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-16 Вольт. Выходного 13-15,1

  • Максимальный ток 28 А &nbsp&nbsp&nbsp

    Максимальный ток, потребляемый устройством. Работает с генератором любой мощности

  • Безопасно для LiFePO4 АКБ

  • Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов

  • Водонепроницаемое &nbsp&nbsp&nbsp

    Класс защиты IP68

Это не представляет сложности, когда зарядное устройство подключено к береговой электрической сети. Но что делать, если такого источника нет? В этом случае основным средством зарядки аккумуляторов на яхте или катере становится генератор ходового двигателя или дополнительный дизельный (бензиновый) генератор. Однако, нет смысла передавать нагрузку переменного тока в систему постоянного, если двигателю для повторной зарядки аккумуляторов придется работать много часов.

Для быстрой зарядки аккумуляторов мощность генератора должна соответствовать емкости аккумуляторной батареи. В приведенном выше примере, понадобится генератор с номинальным выходным током от 120 до 190 ампер (25 — 40% от емкости аккумуляторов).

Поскольку на многих парусных яхтах зарядные возможности генератора двигателя зачастую слабые, то в качестве дополнительных источников энергии можно использовать солнечные батареи или ветрогенератор.

Как выбирать инвертор на катер

Если вы планируете установить на борту 2-3 маломощных устройства переменного тока,  которые будете включать время от времени, то инвертор можно легко адаптировать к существующей системе постоянного напряжения

  • Victron Phoenix 12-500

  • Чистая синусоида. 12 VDC-230 VAC

  • 500 Вт &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp

    Номинальная мощность.Непрерывная можность при температуре 40 °С — 350 Вт. Пиковая мощность 700 Вт

  • АС розетка

  • Sterling Power PSP12-1600

  • Чистая синусоида. 12 VDC-230 VAC

  • 1600 Вт&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp

    Номинальная мощность.Непрерывная мощность при температуре 40 °С — 1200 Вт. Пиковая мощность 3000 Вт

  • Зарядное устройство 50 А

  • Встроенный переключатель источника питания &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp

    Автоматически переключает питание с береговой сети на инвертор за 20 мс

  • стационарное подключение

  • Victron Phoenix 12-1200

  • Чистая синусоида. 12 VDC-230 VAC

  • 1200 Вт &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp

    Номинальная мощность. Непрерывная можность при температуре 40 °С — 850 Вт. Пиковая мощность 2200 Вт

  • AGM, GEL, обслуживаемые жидко-кислотные аккумуляторы

  • АС розетка

    Полностью водонепроницаемое

Такой режим работы инвертора чаще всего встречается, когда яхту или катер используют только по выходным дням, а затем в течение недели судно стоит у пирса и подключено к береговой электрической сети. Для бесперебойной работы инвертора на «судне выходного дня» важно правильно подобрать емкость сервисной аккумуляторной батареи, которая должна выдерживать нагрузку в течении 2-3 дней.

Тип инвертора зависит от размера и веса устройства, а так же от того, будет ли на борту чувствительное к форме напряжения оборудование. Еще одна важная характеристика — ток, потребляемый инвертором в режиме ожидания.

Средняя и большая нагрузка

Если устройства переменного напряжения включают на борту яхты или катера регулярно, то емкость сервисной аккумуляторной батареи придется увеличить, а для зарядки аккумуляторов использовать генератор ходового двигателя или дополнительный дизельный (бензиновый)генератор.

Типичные графики суточного потребления переменного тока на катере или яхте. Слева — неконтролируемый вариант. Генератор запускают при каждом включении устройства переменного напряжения. Справа -все мощные устройства переменного тока включаются только во время работы генератора. В остальное время работает инвертор

При совместной работе инвертора и генератора энергоемкое оборудование переменного тока включают в ​​течение 1-2 часов работы двигателя (дополнительного генератора). В промежутках, в период тишины,  работают только менее мощные устройства, которые питаются от аккумуляторной батареи через инвертор.

Генератор и инвертор дополняют друг друга – их сильные и слабые стороны противоположны. Без инвертора владелец яхты или катера вынужден запускать генератор только для того, чтобы включить телевизор или согреть чайник. В результате  — бесполезный расход топлива, невероятно высокая стоимость вырабатываемой энергии и тяжелая нагрузка на генератор.

Инверторы же эффективны как при небольшой, так и при высокой, но непродолжительной нагрузке. Например, имея на борту инвертор не придется на три минуты запускать двигатель, чтобы разогреть продукты в микроволновой печи. Инверторы незаменимы для освещения. Наконец, во время работы ходового двигателя, инвертор можно использовать для питания цепей переменного тока. В этом случае аккумуляторы разряжаться не будут, поскольку источником энергии для инвертора станет генератор двигателя.

Рекомендуемые характеристики инверторов

  • Высокое значение пиковой нагрузки. У некоторых высокочастотных моделей максимальная нагрузка составляет только 150% от непрерывной. У линейных устройств пиковая нагрузка достигает 300% номинальной
  • Высокая эффективность преобразования постоянного напряжения в переменное. Обычно производители указывают максимальное значение эффективности, которое характеризует работу инвертора при низких нагрузках. Чтобы правильно выбрать устройство, сравните графики изменения эффективности во всем диапазоне мощностей для нескольких моделей
  • Паразитное энергопотребление на катере необходимо уменьшать. Поэтому если инвертор будет долго оставаться включенным без нагрузки, потребляемый им в режиме ожидания ток должен быть минимальным. Этот показатель одна из самых важных характеристик инвертора
  • Выносной пульт управления. Часто на катерах и яхтах инвертор устанавливают в труднодоступном месте, подключают к аккумуляторам небольшой емкости, а затем используют время от времени. Дистанционный пульт позволит отключать такой инвертор в любой момент и сократит энергопотребление на борту
  • Автоматический переключатель источника напряжения. Позволяет подключить бортовую электросистему к береговой сети или генератору. Каждый раз, когда инвертор обнаруживает внешний источник переменного напряжения, он автоматически подключает его и переходит в режим зарядки аккумуляторов (если имеет встроенное зарядное устройство). Как только внешний источник отключается, инвертор возвращается в режим генерации переменного тока
  • Мощное встроенное зарядное устройство с низким выходным коэффициентом пульсации и температурной компенсацией напряжения зарядки. Дополнительный выход с ограничением тока для зарядки стартового аккумулятора
  • Высокая степень подавления электромагнитных помех. Дешевые модели создают сильное электромагнитное излучение и шумы в электрической сети. Выпущенные для Европы устройства должны иметь маркировку СЕ
  • Простая установка, которая главным образом зависит от удобного доступа к клеммам подключения AC и DC кабелей и возможности расположить в выбранном месте выносную панель управления.

Установка и подключение инвертора

Схема подключения на катере или яхте инвертора без встроенного автоматического селектора источника переменного напряжения

Инвертор — это сложное электронное устройство, элементы которого выполнены из  различных металлов. Поэтому влага, попадающая внутрь корпуса, создает идеальную ситуацию для развития коррозии. Все компоненты необходимые для этого — вода, электричество и разнородные металлы, присутствуют в одном месте. Чтобы коррозия не возникла инвертор необходимо устанавливать в сухом, защищенным от попадания брызг или конденсата месте.

Производительность инвертора зависит от температуры. Поэтому работающее на полной мощности устройство должно хорошо охлаждаться потоком холодного воздуха, который будет беспрепятственно отводить от инвертора тепло.

Сторона постоянного тока

Схема подключения инвертора со встроенным селектором источника переменного напряжения

Чтобы в кабеле, идущем от аккумуляторной батареи не падало напряжение, его сечение должно соответствовать току, потребляемому инвертором. Пиковый ток мощного устройства в 12-вольтовой электрической системе достигает 1000 А. Это значит, что такой инвертор придется подключать к аккумуляторам кабелем 4/0 AWG (110 мм2),  даже если устройство находится на расстоянии 1,5-3 метра от батареи

Прокладывать кабели большого сечения сложно и неудобно. Поэтому не стоит пытаться присоединять их непосредственно к клеммам аккумуляторной батареи. Особенно если кроме инвертора к ней уже подключены другие мощные потребители –  главная панель, дополнительный генератор или лебедка.  Вместо этого лучше использовать рассчитанные на соответствующий ток  положительную и отрицательную шины. А уже их соединить с аккумуляторными клеммам кабелем большого сечения. Дополнительно корпус инвертора подключают к общей точке заземления. Сечение заземляющего кабеля —  на один размер ниже основного отрицательного проводника

Потери в кабеле будут меньше, если инвертор находится рядом с аккумуляторной батареей. Однако поскольку аккумуляторы могут выделять едкие и взрывоопасные пары, инвертор обязательно располагают за пределами батарейного отсека.

При коротком замыкании аккумуляторная батарея способна генерировать огромный ток. Чтобы защититься от его разрушительных последствий, на кабеле идущем к инвертору, как можно ближе к клемме аккумулятора устанавливают автоматический выключатель или медленно срабатывающий плавкий предохранитель.

Сторона переменного тока

Схема подключения на катере или яхте инвертора со встроенным селектором источника переменного напряжения. Чтобы изолировать инвертор от слишком мощной нагрузки и не создавать «петлю» с независимым зарядным устройством, используется две распределительных панели переменного напряжения. К панели 1 подключены слишком мощное для инвертора оборудование — водонагреватель, электроплита и зарядное устройство. Это оборудование может использоваться только когда яхта подключена к береговой сети или работает генератор

Каждый раз перед подключением или ремонтом инвертора следует убедиться, что устройство отключено от аккумуляторов. В режиме ожидания на многих инверторах мультиметр не показывает никакого напряжения. Однако стоит появиться нагрузке, например, человеку коснуться выходных клемм переменного тока, как инвертор включится и заработает на полную мощность.

Если инвертор или аккумуляторная батарея от которой он работает, не могут выдержать некоторые нагрузки, то соответствующее оборудование подключают к панели переменного тока, не связанной с инвертором. К этой же панели подключают и независимое зарядное устройство. Схема позволяет избежать ситуации когда зарядное работает от инвертора и одновременно заряжает его аккумуляторы. Такая петля в лучшем случае будет расходовать энергию аккумуляторной батареи, а в худшем — повредить инвертор и зарядное.

Все инверторы для морского использования в режиме переменного тока должны подключать нейтраль к собственной заземляющей цепи. Это соответствует требованию заземления нейтрали на источнике питания. Однако такое соединение должно разрываться, когда подключен другой источник переменного напряжения ( чтобы не заземлять нейтраль в любом месте, кроме источника питания). Все морские инверторы делают это автоматически. Береговые модели – нет. Поэтому важно установить на яхту инвертор, специально предназначенный для морского использования.

PV Совместное моделирование производительности | Протокол испытаний инвертора CEC

КПД инвертора — это отношение полезной выходной мощности переменного тока к сумме входной мощности постоянного тока и любой входной мощности переменного тока. Типичный КПД инвертора, подключенного к сети, превышает 95% в большинстве рабочих условий. Эффективность изменяется в зависимости от выходной мощности переменного тока, напряжения постоянного тока и иногда температуры инвертора. Sandia National Laboratories и BEW совместно разработали протокол испытаний для измерения эффективности инвертора в зависимости от выходной мощности переменного тока и напряжения постоянного тока.Этот протокол был принят Комиссией по энергетике Калифорнии (CEC), и любой инвертор, используемый в одобренной CEC фотоэлектрической системе, должен быть протестирован независимой лабораторией в соответствии с этим протоколом. CEC публикует результаты испытаний тысяч инверторов на своей веб-странице.

Протокол тестирования инвертора CEC описывает стандартный способ измерения выходных характеристик фотоэлектрического инвертора. Результаты тестов обобщены для каждого инвертора в базе данных CEC на их веб-сайте.

Пример результата теста CEC показан на следующем рисунке.

КПД инвертора измеряется на шести уровнях мощности (10%, 20%, 30%, 50%, 75% и 100% номинальной выходной мощности переменного тока) и на трех уровнях постоянного напряжения (Vmin, Vnom и Vmax) для всего 18 измерений.

Для оценки и сравнения КПД инверторов протокол предлагает средневзвешенный КПД, который рассчитывается как взвешенная сумма этих 18 значений. Весовые коэффициенты перечислены в таблице ниже в зависимости от уровня мощности переменного тока. Вес не изменяется в зависимости от напряжения постоянного тока.

Уровень мощности переменного тока инвертора Весовой коэффициент
10% 0,04
20% 0,05
30% 0,12
50% 0,21
75% 0,53
100% 0,05

6.5. КПД инверторов | EME 812: Энергетика и концентрация солнечных батарей для коммунальных предприятий

6.5. КПД инверторов

КПД инвертора показывает, сколько мощности постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока. Часть мощности может быть потеряна в виде тепла, а также некоторая мощность в режиме ожидания потребляется для поддержания инвертора в режиме питания. Общая формула КПД

ηinv = PACPDC

(11,3)

, где P AC — выходная мощность переменного тока в ваттах, а P DC — входная мощность постоянного тока в ваттах.

Высококачественные синусоидальные инверторы имеют КПД 90-95%.Менее качественные модифицированные синусоидальные инверторы менее эффективны — 75-85%. Высокочастотные инверторы обычно более эффективны, чем низкочастотные.

КПД инвертора зависит от нагрузки инвертора.

Рисунок 11.8. Типичная кривая КПД инвертора. Ниже 10-15% выходной мощности КПД довольно низкий. При высокой выходной мощности КПД стабильно высокий с небольшими отклонениями.

Кредит: Марк Федькин

Поведение на рис. 11.8 частично является результатом того факта, что потери инвертора в режиме ожидания одинаковы для всех уровней выходной мощности, поэтому эффективность при более низких выходах страдает в большей степени.

Для инверторов используются три типа рейтинга эффективности. Вы можете встретить эти цифры при изучении различных моделей и производителей. Вот эти три типа:

  1. Пиковая эффективность (показана стрелкой на рисунке 11.8) указывает производительность инвертора при оптимальной выходной мощности. Он показывает максимальную точку для конкретного инвертора и может использоваться как критерий его качества.
  2. Европейский КПД — это взвешенное число, учитывающее, как часто инвертор будет работать с разной выходной мощностью.Иногда это более полезно, чем пиковая эффективность, поскольку показывает, как инвертор работает на разных уровнях мощности в течение солнечного дня.
  3. Калифорнийская энергетическая комиссия (CEC) КПД также представляет собой взвешенный КПД, аналогичный европейскому КПД, но в нем используются другие допущения относительно весовых коэффициентов.

Основное различие между эффективностями в Европе и CEC состоит в том, что предположения о важности каждого уровня мощности для конкретного инвертора основаны на данных для Центральной Европы в первом случае и Калифорнии во втором.Следовательно, для вычисления этих значений используются разные формулы:

ηEu = 0,03η5% + 0,06η10% + 0,13η20% + 0,10η30% + 0,48η50% + 0,20η100%

(11,4)

ηCES = 0,04η10% + 0,05η20% + 0,12η30% + 0,21η50% + 0,53η75% + 0,05η100%

(11,5)

Эти методы расчетов необходимо учитывать при использовании характеристик инвертора (Martin, 2011).

Чтобы узнать больше об эффективности инвертора, перейдите к следующему чтению.

Задание по чтению

Книга, глава : Мертенс К. и Хансер К.F., Фотогальваника: основы, технология и практика , глава 7, раздел 7.2.4 КПД инверторов, стр. 177-181.

Пожалуйста, ответьте на следующие вопросы самопроверки на основе вышеуказанного материала.

Проверьте свое понимание

Вопрос 1

Каков КПД инвертора, который выдает 2000 Вт переменного тока, используя входную мощность 2200 Вт постоянного тока?

Вопрос 2

Вопрос 3

Посмотрите, сможете ли вы оценить европейский КПД для инвертора, который имеет следующие данные кривой КПД: при выходной мощности 5% η = 85%, при 10% η = 91%, при 20% — η = 96%, при 30% η = 97%, при 50% η = 96% и при 100% мощности η = 95%.Введите ниже свое значение и сравните с ответом.

Эффективность инвертора

— обзор

3 ФЭ системы, подключенные к сети

Архитектура массива в системах, подключенных к сети, должна рассматриваться наряду с характеристиками постоянного тока инвертора, включая максимальный входной ток, номинальное и минимальное входное напряжение и максимальная дальность слежения за мощностью. Калибровка сетевых систем рассматривается, например, в [24–26]. Этот анализ можно провести по аналогии с аргументами баланса энергии, которые использовались в разделе 2.1 для разработки процедуры определения размеров автономных фотоэлектрических систем. Энергия переменного тока, произведенная фотоэлектрической системой за один день, E AC , может быть оценена с помощью уравнения, аналогичного (1):

(6) EAC = ηP0PSH

, где P 0 — номинальная мощность массива в STC, PSH — среднее значение пиковых солнечных часов в определенном месте, а η — это КПД инвертора, который в целом зависит от выходной мощности.Эта зависимость может быть выражена в терминах собственного потребления инвертора и потерь, зависящих от нагрузки, как [27,28]

(7) η = poutpout + k0 + k1pout + k2pout2

, где

pout = PACPI

— мгновенная выходная мощность переменного тока, P AC , нормированная на номинальную выходную мощность переменного тока инвертора P I . Параметр k 0 представляет коэффициент собственного потребления, который не зависит от выходной мощности.Линейные и квадратичные члены в знаменателе учитывают линейные по мощности нагрузки потери, такие как падения напряжения, тогда как омические потери учитываются квадратичным членом. Экспериментально измеренные кривые КПД инвертора могут быть легко подогнаны к этому уравнению, и значения параметров могут быть извлечены (см., Например, [28]). Эта процедура позволяет сравнивать различные инверторы и дает представление о происхождении доминирующих потерь путем моделирования [29]. Типичный вид функциональной зависимости КПД инвертора от выходной мощности показан на рисунке 4.

Рис. 4. Типичный КПД инвертора во время работы в фотоэлектрической системе, подключенной к сети, как функция выходной мощности. Данные: STaR Facility, Саутгемптонский университет. Линия соответствует уравнению (7) с k 0 = 0,013; k 1 = 0,02; k 2 = 0,05.

Снижение эффективности инвертора при низкой мощности должно учитываться при выборе номинальной мощности инвертора. Общеизвестно, что преимущество может быть получено путем выбора номинальной мощности инвертора P I меньшей, чем номинальная мощность P 0 массива.Основываясь на эффективности инвертора, это, по сути, представляет собой компромисс между собственным потреблением и потерями инвертора, которые уменьшаются по мере того, как инвертор становится меньше номинального, и потерями энергии на верхнем пределе генерации фотоэлектрических элементов, близких к условиям STC. Таким образом, выбор оптимального размера инвертора зависит от статистики выхода массива, которая связана с широтой участка, как описано в разделе 6 главы IIa-2, разделе 6 главы IIa-2. Например, рекомендуемое значение отношения P I / P 0 находится между 0.65 и 0,8 для стран Северной Европы и 0,75–0,9 больше подходят для среднеевропейских широт. В Южной Европе рекомендуемая цифра составляет 0,85 к 1 [28,30].

Хотя эффективность системы важна, следует также соблюдать осторожность, чтобы избежать длительных периодов работы инвертора в условиях перегрузки. Nofuentes и Almonacid [30] предлагают размер, который превышает мощность постоянного тока, подаваемого на инвертор, в 99% случаев (рисунок 5). Номинальная мощность инвертора, определенная с использованием этого «критерия 99%», обычно несколько больше, чем значение, основанное на аргументе эффективности.

Рисунок 5. Совокупный выходной сигнал массива, полученный путем интегрирования графика G h I (G) на рисунке 6 главы IIa-2 % критерий. ‘

После того, как соотношение P I / P 0 и инвертор были выбраны для фотоэлектрической системы, подключенной к сети, определение размеров части постоянного тока системы, к фотоэлектрическому генератору, можно обратиться.

Количество параллельных цепочек Npg фотоэлектрического генератора может быть рассчитано с учетом максимального входного сигнала, разрешенного инвертором, как показано в уравнении (8). Значение этого максимального тока, Imax, является обычным параметром, предоставляемым производителями инверторов:

(8) Npg≺ImaxImpp

, где Impp представляет собой выходной ток фотоэлектрического модуля в точке максимальной мощности в условиях STC.

Количество фотоэлектрических модулей в серии, Nsg, по строкам, может быть непосредственно выведено из выбранного соотношения P I / P 0 , где номинальная мощность инвертора P I также известен, как показано в уравнении (9):

(9) Nsg = P0Npg

Произведение количества фотоэлектрических модулей, включенных последовательно, Nsg, на максимальное выходное напряжение фотоэлектрического модуля. точка питания также должна соответствовать уравнению (10), чтобы инвертор работал в пределах окна максимального напряжения отслеживания точки мощности:

(10) VminMPPT≤NsgVmpp≤VmaxMPPT

, где Vmin MPPT и Vmax MPPT равны, соответственно, минимальное и максимальное входные напряжения инвертора для правильного отслеживания точки максимальной мощности фотоэлектрического генератора, а Vmpp — максимальное напряжение мощности фотоэлектрических модулей, образующих фотоэлектрический генератор.

Уравнение (10) необходимо проверить для различных рабочих температур с учетом температурной зависимости фотоэлектрического модуля, указанной производителем.

Что такое КПД инвертора? | Inverter.com

Что означает КПД инвертора?

Фактически, мы обсудим здесь общий КПД силового инвертора, будь то солнечный инвертор, синусоидальный инвертор или даже модифицированный синусоидальный инвертор.

Эффективность инвертора означает, сколько мощности постоянного тока будет преобразовано в мощность переменного тока, поскольку часть мощности будет потеряна во время этого перехода в двух формах:

  • Тепловые потери.
  • Энергия в режиме ожидания, которая потребляется только для того, чтобы инвертор оставался в режиме мощности. Также мы можем назвать это потребляемой мощностью инвертора без нагрузки.

Следовательно, эффективность инвертора = pac / pdc, где pac означает выходную мощность переменного тока в ваттах, а pdc — входную мощность постоянного тока в ваттах.

Для двух основных типов инверторов, представленных на рынке, типичный КПД высококачественного синусоидального инвертора варьируется от 90% до 95%, а для низкокачественного модифицированного синусоидального инвертора — от 75% до 85%.

Это значение КПД инвертора зависит от изменения допустимой мощности нагрузки инвертора, поскольку КПД увеличивается и может достигать своего максимального значения при более высокой нагрузочной способности по сравнению с более низкой нагрузочной мощностью, и при условии, что выходная мощность инвертора не превышает предела мощности. . Как правило, при нагрузке инвертора ниже 15% эффективность будет довольно низкой. Следовательно, хорошее соответствие между мощностью инвертора и его нагрузочной способностью позволит нам добиться большей эффективности, что означает большую выходную мощность инвертора переменного тока при той же входной мощности постоянного тока.

Типы КПД инвертора:

Существует три типа эффективности инвертора, мы должны знать значение каждого из них и разницу между ними для лучшего понимания различных моделей и производителей инверторов на рынке, как показано ниже:

  • Пиковая эффективность: это максимальное значение эффективности инвертора, которое может быть достигнуто при оптимальной выходной мощности переменного тока, поэтому его можно использовать как показатель качества инвертора.
  • Европейский КПД: он относится к КПД инвертора, измеренному в разных точках выходной мощности переменного тока, затем умноженному на другое взвешенное число, поэтому он более полезен, чем пиковая эффективность, поскольку показывает, как инвертор работает при различной выходной мощности в течение солнечного дня.
  • Энергетическая комиссия штата Калифорния: эффективность инвертора, измеренная в разных точках выходной мощности переменного тока, затем умноженная на другое взвешенное число, так что она такая же, как европейская эффективность, но использует разные умноженные взвешенные числа (другая формула расчета).

Итак, основное различие между эффективностью в Европе и в Калифорнии заключается в важности каждого уровня выходной мощности переменного тока при расчете эффективности для конкретного инвертора.

КПД инвертора: руководство по расчетам и формулам

КПД инвертора определяется величиной выходной мощности переменного тока, которую он обеспечивает для данного входа постоянного тока. Обычно это значение составляет от 85 до 95 процентов, при этом в среднем 90 процентов. Когда дело доходит до работы таких устройств, как двигатели, эффективность делится на две части: эффективность инвертора и эффективность формы сигнала.Благодаря синусоиде большинство двигателей и многие электрические приборы работают более эффективно и потребляют меньше электроэнергии. Модифицированная синусоида часто требует на 15-20% больше энергии, чем настоящая синусоида, при питании электродвигателя (например, насоса или холодильника). Чтобы оценить истинную эффективность системы, вам следует дополнительно рассмотреть тип нагрузки, на которую подается питание, при выборе инвертора на основе эффективности.

Что означает КПД инвертора?

На самом деле, будь то солнечный инвертор, синусоидальный инвертор или модифицированный синусоидальный инвертор, мы рассмотрим здесь общую эффективность силового инвертора.

Под эффективностью мы понимаем, сколько электричества, которое проходит в инвертор, преобразуется в пригодный для использования переменный ток (никогда не бывает 100-процентного КПД, всегда будут некоторые потери в системе). Этот показатель эффективности будет колебаться в зависимости от того, сколько энергии используется в данный момент, при этом большая мощность приводит к более высокой эффективности.

Когда потребляется лишь небольшое количество электроэнергии, эффективность может варьироваться от чуть более 50% до более 90%, когда выходная мощность приближается к номинальной мощности инвертора.Даже если вы не используете его для питания переменного тока, инвертор будет потреблять часть энергии от ваших батарей. Вследствие этого происходит низкий КПД при низких уровнях мощности. Посетите здесь, чтобы полностью увидеть определение этой эффективности.

Типы потерь

Эффективность инвертора относится к тому, сколько мощности постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока, так как некоторая мощность теряется одним из двух способов во время этого перехода:

Резервная мощность используется только для поддержания инвертор работает в режиме мощности.Это также известно как потребление энергии инвертором при отсутствии нагрузки.

В результате КПД инвертора равен P ac / P dc , где P ac обозначает выходную мощность переменного тока в ваттах, а P dc обозначает входную мощность постоянного тока в ваттах.

Нормальный КПД высококачественных инверторов с синусоидальной волной колеблется от 90 до 95 процентов, в то время как типичный КПД низкокачественных модифицированных синусоидальных инверторов колеблется от 75 до 85 процентов.

Это значение КПД инвертора мощности зависит от мощности нагрузки инвертора, поскольку КПД повышается и может достигать максимального значения при более высокой нагрузочной способности по сравнению с более низкой мощностью нагрузки, при условии, что предел мощности на выходе инвертора не превышен.В общем, если инвертор загружен менее 15%, эффективность будет низкой. В результате хорошее соответствие между мощностью инвертора и нагрузочной способностью позволит нам получить более высокий КПД, который представляет собой большую выходную мощность переменного тока от инвертора при той же входной мощности постоянного тока.

КПД инвертора на выходную мощность (Ссылка: Inverter.com )

Когда не используется переменный ток, инвертор мощностью 3 кВт обычно потребляет примерно 20 Вт от ваших батарей. В результате, если вы потребляете 20 Вт переменного тока, инвертор будет потреблять 40 Вт от батарей, что даст 50-процентный КПД.

С другой стороны, скромный инвертор на 200 Вт может использовать только 25 Вт от батареи для выработки 20 Вт переменного тока на выходе, что дает 80-процентный КПД.

Для повышения общей эффективности инвертора более крупные устройства обычно содержат функцию, называемую «спящий режим». Если требуется питание переменного тока, датчик в инверторе обнаруживает это. Если этого не произойдет, инвертор выключится, но он продолжит определять, требуется ли электричество. Как правило, это можно изменить так, чтобы для «включения инвертора» было достаточно лишь включения небольшого света.”

Конечно, это означает, что приборы нельзя оставлять в режиме ожидания, а некоторые приборы с таймерами (например, стиральные машины), возможно, не потребляют достаточно энергии, чтобы инвертор оставался включенным, если только что-то еще, например как свет, включается одновременно.

Форма волны и индуктивные нагрузки также имеют решающее значение (т.е.устройство, в котором задействована электрическая катушка, которая будет включать все, что связано с двигателем). При питании индуктивных нагрузок любая форма волны, не являющаяся настоящей синусоидой (т.е. квадратная или модифицированная прямоугольная волна) будет менее эффективным — устройство может потреблять на 20% больше энергии, чем при использовании чистой синусоидальной волны. Это избыточное потребление энергии, помимо снижения эффективности, может повредить устройство или сократить срок его службы из-за перегрева.

Эффективность типов инверторов

Существует три типа эффективности инверторов, и нам нужно знать, что означает каждый из них и чем они отличаются, чтобы лучше понимать многие модели и производителей инверторов на рынке:

{\ eta _ {CEC}} = 0.04 {\ eta _ {10}} + 0,05 {\ eta _ {20}} + 0,12 {\ eta _ {30}} + 0,21 {\ eta _ {50}} + 0,53 {\ eta _ {75}} + 0,05 {\ eta _ {100}}

{\ eta} _ {EU} = 0,03 {\ eta} _ {5} +0,06 {\ eta} _ {10} +0,13 {\ eta} _ { 20} +0.10 {\ eta} _ {30} +0.48 {\ eta} _ {50} +0.20 {\ eta} _ {100}

Пиковая эффективность относится к максимальной эффективности инвертора, которая может быть достигнута при идеальном выходная мощность переменного тока, и ее можно использовать просто как индикатор качества для инверторов.

Под европейским КПД понимается КПД инвертора, измеренный в различных точках выходной мощности переменного тока, а затем умноженный на различные взвешенные числа.Это более актуально, чем пиковая эффективность, поскольку показывает, как инвертор работает при различных уровнях выходной мощности в течение солнечного дня.

Энергетическая комиссия Калифорнии: КПД инвертора оценивается в разных точках выходной мощности переменного тока, затем умножается на разные взвешенные значения, поэтому он аналогичен европейскому КПД, но использует другие умноженные взвешенные числа (другая формула расчета).

Важность каждого уровня выходной мощности переменного тока при оценке эффективности для данного инвертора является фундаментальным различием между эффективностями в Европе и Калифорнии.

КПД кривых инвертора

КПД инвертора, который влияет на то, какая часть мощности постоянного тока, генерируемой солнечной батареей, преобразуется в мощность переменного тока, не всегда является постоянным числом. С другой стороны, этот параметр колеблется в зависимости от входной мощности и напряжения постоянного тока, причем степень изменения уникальна для инвертора. Калифорнийская энергетическая комиссия (CEC) отслеживает результаты испытаний различных инверторов, выражая эффективность как функцию мощности постоянного тока при трех различных напряжениях в пределах рабочего диапазона напряжения каждого инвертора.Данные CEC для строкового инвертора приведены ниже в качестве примера.

Кривые эффективности инвертора на основе метода CEC (Ссылка: help.aurorasolar.com )

Моделирование производительности может анализировать всю кривую эффективности инвертора для устройств с данными испытаний CEC, вместо того, чтобы использовать фиксированный, взвешенный КПД для определения постоянного тока / Потери преобразования переменного тока. Они используют модель, созданную Sandia National Labs, чтобы подогнать параболическую кривую к данным КПД, зависящим от мощности и напряжения.Кривая эффективности будет использоваться в моделировании инвертором в базе данных компонентов Aurora, которая предоставляет данные CEC.

Если инвертор базы данных не имеет данных CEC и поэтому не может смоделировать кривую эффективности, моделирование будет использовать фиксированную кривую эффективности (наименьшую из CEC, европейскую и максимальную эффективность из таблицы). Пользовательские инверторы также будут моделировать самый низкий фиксированный рейтинг эффективности, указанный в таблице. Отчет о моделировании производительности будет включать запись журнала, показывающую, использовалась ли модель кривой эффективности или какая фиксированная эффективность использовалась, если кривая эффективности не была доступна.Это приведет к ошибке, если статистика эффективности для компонента недоступна.

Каждый трекер точки максимальной мощности (MPPT) на инверторах с несколькими MPPT эффективно функционирует с собственной эффективностью. MPPT с более короткими цепочками или меньшей входной мощностью может иметь более низкий КПД, чем другой MPPT с более высоким входным напряжением и / или мощностью в том же инверторе.

Влияние на производство энергии

Когда входная мощность постоянного тока мала по сравнению с номинальной мощностью инвертора, указанной на паспортной табличке, эффективность инвертора падает.В результате обратите внимание на следующее:

Конструкции с меньшими размерами (с точки зрения входного напряжения, но особенно с точки зрения входной мощности) для выбранного инвертора будут иметь более низкую общую эффективность преобразования постоянного тока в переменный ток, чем те, которые должным образом спроектированы. Проверка размера струны может помочь вам убедиться, что ваши проекты совместимы с выбранным вами инвертором.

Эффективность инвертора будет ниже в часы, когда выходная мощность массива низкая, например, из-за затенения или слишком рано / поздно днем, чем в часы, когда массив работает при полной освещенности без затенения.Это нормальное явление, но поскольку потребляемая мощность минимальна, она обычно не влияет на производительность системы.

Взгляд на неэффективность инвертора

Переменный ток и постоянный ток Проверено на телевизоре 12/120 В

В этой краткой статье я хотел проверить общую неэффективность системы при использовании инверторов при питании ЖК-телевизоров. Многие компании заявляют, что инверторы примерно на 10% неэффективны при преобразовании с 12 вольт постоянного тока в 120 вольт переменного тока, но это еще не все.

КПД инвертора:

Хотя это 10% может быть истинным , его часто оценивают при работе на максимальной выходной мощности и с индуктивной нагрузкой . Общий рейтинг эффективности часто не может оставаться точным при питании или зарядке таких устройств, как компьютеры, планшеты, телефоны и ЖК-телевизоры, где мы запускаем путь DC> AC> DC.

В феврале 2010 года Practical Sailor протестировал восемь инверторов и обнаружил, что фактическая эффективность сильно различается.Восемь протестированных инверторов имели КПД от 73% до 93% и, как группа, имели средний КПД около 86%. Как узнать, насколько эффективен ваш инвертор ? Вам действительно нужно протестировать его с нагрузками, с которыми вы его используете.

Эти общие потери эффективности DC> AC> DC составляют не все из-за инвертора, но связаны с рабочими устройствами, которые работают от 120 вольт переменного тока, а затем преобразуют его в постоянное напряжение внутри блока или в шнуре питания переменного тока с входом -линейный преобразователь часто называют « wall-wort ».Если ваше устройство уже внутренне работает от постоянного тока, то при работе через инвертор вы фактически преобразуете из постоянного тока в переменный, а затем снова обратно в постоянный ток. Ой! Выбирая DC> AC> DC , вы только добавляете те недостатки, которые уже есть у вашего инвертора, добавляя переменный ток к постоянному току на стене-бородавке в уравнение ..

Резервные нагрузки:

Инверторы в состоянии покоя или в режиме ожидания нагрузки тоже имеют значение, и очень часто полностью игнорируются. В ходе тестирования Practical Sailor они обнаружили, что наименьший запас хода в режиме ожидания равен 0.6А. Этот режим ожидания приведет к потреблению -14,4 Ач каждые 24 часа.

На высокой стороне они обнаружили инвертор, который потреблял ток, как измученный жаждой вампир, с током в режиме ожидания 2,24 А. Потребление в режиме покоя 2,24 А конкурирует с некоторыми системами охлаждения постоянного тока, а резервная нагрузка 2,24 А переводится в -53,8 Ач каждые 24 часа, когда инвертор просто находится в режиме ожидания , ожидая нагрузки переменного тока. . Средняя нагрузка в режиме ожидания восьми протестированных инверторов составляет около.96А. Опять же, как узнать, что ваши инверторы рисуют в покое? Вы измеряете это. При выборе инвертора, особенно инвертора, чем «автоперевод», действительно необходимо внимательно изучить спецификации.

Выберите правильный инвертор:

Всегда выбирайте и используйте морской инвертор , сертифицированный UL . Это критически важный момент.

ABYC-A31

“31.5.3.2 Все судовые силовые инверторы должны соответствовать применимым требованиям UL 458 , Силовые преобразователи / инверторы и силовые преобразователи / инверторные системы для наземных транспортных средств и морских судов, и Дополнение SA , Судовые силовые преобразователи / инверторы и силовые преобразователи / инверторные системы.
31.5.3.3 Регулировка частоты и напряжения должна соответствовать разделу 27 стандарта UL 1248 «Двигатель-генератор в сборе для использования в транспортных средствах для отдыха».

Простого соответствия UL458 недостаточно для «морского инвертора». Если вы не разбираетесь в инверторах, проводке инвертора и причинах использования морского инвертора, пожалуйста, найдите специалиста, который понимает.

Такие производители, как Magnum, Victron и Mastervolt, все производят превосходные инверторы для морских судов с рейтингом . В случае сомнений позвоните производителю и спросите, соответствует ли инвертор UL458 , а также , морские дополнительные части UL458.

Тестирование:

Для выполнения этого теста я использовал 19-дюймовый телевизор Polaroid, рассчитанный на работу от 12 вольт или 120 вольт. Что мне действительно нужно, так это меньше лабораторных или теоретических чисел и больше реальных чисел , полученных на лодке с помощью устройства, которое может работать как от постоянного, так и от переменного тока, и того, который давал бы стабильный выходной сигнал для измерения. Этот телевизор и судно отвечают всем требованиям.

Имейте в виду, что не все устройства, которые внутренне работают от 12 В, могут работать от переменного источника питания 12 В .Что это обозначает? Это означает, что они могут нормально работать при 12,00 В, но могут поджарить себя при 14,6 В. Убедитесь, что ваше устройство с входом 12 В и может работать в широком диапазоне напряжений от 10,5 до 15,5 В, прежде чем использовать его в системе постоянного тока на лодке, питаемой непосредственно от системы 12 В. Не все компании тратят лишние деньги на вход постоянного тока, чтобы он мог выдерживать переменный вход постоянного тока.

Чтобы убедиться, что этот телевизор потребляет фиксированную силу тока, я загрузил в него DVD, а затем приостановил его точно в том же месте на диске « Elmo » моих дочерей.Для справки, я ужасно ненавижу Элмо .. (подмигивает)

Отключение 12 В постоянного тока:

Снимок экрана, показанный здесь, показывает, что телевизор находится в режиме паузы, и в этом случае он работает от 12 вольт постоянного тока.

Многие предметы, которые вы бы выбрали для использования на лодке, например ЖК-телевизор, планшет или портативный компьютер, уже работают на внутреннем питании постоянного тока. Используя инвертор и блок преобразователя « wall-wort » или AC / DC, вы знаете маленький черный ящик, который обычно находится в середине кабеля питания , вы получаете ужасную неэффективность, потому что вы конвертируете из Постоянный ток в переменный, затем снова обратно в постоянный ток.

Многие устройства на 120 В могут работать от постоянного тока без использования инвертора и настенного сусла переменного / постоянного тока. Вы можете просто прочитать выходные спецификации wall-wort или входные характеристики устройства , чтобы определить, может ли оно работать от постоянного тока.

Используемые физические модели> Сетевой инвертор> Модель инвертора: КПД

КПД — это отношение выходной мощности к входной. В основном это зависит от мощности, а также может зависеть от входного напряжения.

В PVSyst есть 4 способа определения эффективности инверторов:
— из одной кривой эффективности eff = f (входная мощность), заданной до 8 точек;
— из одной кривой эффективности eff = f (входная мощность), автоматически построены на основе максимальной эффективности, КПД EURO или CEC и порога мощности (Pthresh)
— из набора 3 кривых КПД eff = f (мощность, входное напряжение), каждая из которых задана максимум 8 точками
— из набора 3 кривые эффективности eff = f (мощность, входное напряжение), все они автоматически построены на основе максимальной эффективности, эффективности EURO или CEC и Pthresh.

Профили одиночной эффективности: это наиболее распространенное определение: мы определяем эффективность как функцию выходной (или входной) мощности. Этот профиль обычно имеет порог мощности, изгиб в сторону малых мощностей, максимум примерно в середине диапазона мощностей и уменьшение при высоких мощностях из-за омических потерь в выходных цепях (транзисторы и трансформатор). Он используется во время моделирования в зависимости от рабочей мощности.
Если задано до 9 точек, передаточная функция (Pout = f (Pin)) линейно интерполируется.


Набор из 3 профилей эффективности: это более точное определение: мы определяем профиль эффективности, как указано выше, для 3 различных входных напряжений. На каждом этапе моделирование будет выполнять квадратичную интерполяцию между этими тремя кривыми в зависимости от реального входного напряжения.

Автоматические профили эффективности: эта опция используется, когда доступны только значения эффективности Максимум и ЕВРО или ЦИК. Затем PVsyst создает профили по умолчанию, исходя из следующей гипотезы:

1.Производство переменного тока пропорционально доступной энергии постоянного тока за вычетом «внутреннего потребления» Pthresh.

2. Эффективность снижается из-за резистивных потерь в выходной цепи (транзисторы и трансформатор) квадратично в зависимости от мощности (R * I²).

3. Эта передаточная кривая должна соответствовать указанному максимальному значению мощности при произвольно фиксированной мощности постоянного тока, равной 60% от Pном.

4. Pthresh должен превышать 0,5% от Pnom: PVSyst требует этого условия для построения сопоставимых кривых между инверторами.

5. «Эффективное» значение Pthresh (=> наклон кривой) регулируется для соответствия средней эффективности в евро (или CEC).


Вклад резистивных потерь фиксируется в соответствии с нормализованным коэффициентом сопротивления, пропорциональным разнице между заданным максимальным и евро-КПД. Нормализованный коэффициент сопротивления управляет потерями на высоких мощностях (выше точки 60%) по отношению к потерям из-за Pin_threshold. Выбираем обычное значение 3.0 (произвольные единицы) по умолчанию.

Точность этой модели, вероятно, в значительной степени достаточна для представления большинства инверторов. Чем меньше разница между Max- и Euro-экономичностью, тем меньше возможных расхождений модели. С современными высокоэффективными устройствами почти не остается места неопределенностям …

Показатели эффективности ЕВРО или ЦИК представляют собой операционные средние значения за полный год, указанные на другой странице.

MPP Потеря отслеживания

Иногда упоминается точность отслеживания точки максимальной мощности.

Потери из-за этой технической неточности (то есть разница между рабочей точкой и истинным MPP), в частности, связаны с алгоритмом MPP и изменчивостью освещенности. Эта изменчивость, конечно, не отображается при использовании почасовых данных.

PVsyst явно не учитывает потери при отслеживании MPP: они должны быть включены в профиль эффективности, предложенный производителем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *