Подбираем инвертор для газового котла

Автономные системы газового отопления набирают все большую популярность у владельцев частных домов и автосервисов. Их достоинство – это не только дешевизна используемого топлива, но и отсутствие необходимости в постоянном контроле: современный газовый котел автоматически управляет подачей газа к горелке и разжигает ее. Отсюда понятен и ощутимый минус газовых котлов такого типа: как только отключится внешнее питание, котел погаснет, а циркуляционные насосы остановятся.

При длительных и регулярных отключениях электроэнергии единственным способом поддержания работоспособности системы отопления станет использование резервного генератора. Если же отключения питания не отличаются длительностью, значительно удобнее будет применение источника бесперебойного питания (бесперебойника), способного моментально восстановить напряжение 220 В в розетке на определенный промежуток времени.

Устройство и принцип действия

Независимо от того, по какой из трех схем выполнен конкретный бесперебойник, его ключевыми элементами являются аккумулятор и инвертор. Аккумулятор (в наиболее мощных моделях – батарея аккумуляторов) является накопителем энергии, при отключении питания от внешней сети от него запитывается инвертор – электронный преобразователь, генерирующий на выходе переменный ток с заданным напряжением и частотой. В бесперебойниках используются гелевые или AGM-аккумуляторы с номинальным напряжением 12 В.

Именно в выходном каскаде инвертора скрывается ряд особенностей, крайне важных в нашем случае:

• Все оборудование, рассчитанное на работу от бытовой сети 220 В, проектируется в расчете на синусоидальную форму питающего напряжения (так называемый “чистый синус”). В то же время генерация сигнала такой формы выходным каскадом инвертора достаточно сложна, и осциллограмма от дешевых инверторов от чистого синуса будет отличаться весьма сильно – в них используются простые импульсные преобразователи. В первую очередь, это может вызвать сбои в работе контрольной электроники газового котла, во вторую – значительно увеличит индуктивные потери в обмотках электродвигателей циркуляционных насосов. Характерным сигналом о неправильной работе инвертора станет ощутимый гул электродвигателей. Длительная работа несовершенного инвертора с индуктивной нагрузкой может вызвать перегрев и пробой силовых транзисторов выходного каскада и, как следствие, полный выход бесперебойника из строя.
• Для защиты выходного каскада инвертора от перегрузки в него включаются защитные схемы, полностью отключающие нагрузку при превышении тока потребления. Так как циркуляционные насосы, как и любое устройство, имеющее в составе электродвигатель, при включении потребляют мощность в несколько раз больше номинальной, при подключении их к инвертору без достаточного запаса по мощности он встанет в режим защиты, оставив Вашу отопительную систему без питания.

Предлагаем посмотреть обзор устройства от компании Inelt, мы еще вернемся к нему позже

Типы бесперебойников

По конструктивному исполнению источники бесперебойного питания делятся на три типа:

• Оффлайновые ИБП – это наиболее простой класс приборов, всем знакомый по компьютерным бесперебойникам. К их входу подключена контрольная схема, осуществляющая заряд аккумулятора и переключающая силовое реле на выходе бесперебойника с внешнего ввода на встроенный инвертор при пропадании внешнего питания или его значительном отличии по напряжению от заданных 220 В. Такой инвертор максимально прост и дешев, но и наименее эффективно из всех типов расходует запас энергии в аккумуляторе.

• Онлайновые инверторы для котла в отличие от оффлайновых имеют на входе встроенный стабилизатор и благодаря этому переходят на резервирование питания от аккумулятора только при отключении питания в сети. При отклонении его напряжения от 220 В работает стабилизатор. Эта схема дороже, но и более эффективна при условии использования в сети с сильным суточным плаванием напряжения (например, маломощная подстанция в частном секторе). Оффлайн-инвертор в таких условиях будет переходить в резервный режим слишком часто, потребовав установки перед ним отдельного стабилизатора напряжения.

• Линейно-интерактивные инверторы – это наиболее совершенный класс устройств. В них входное напряжение сразу преобразуется в постоянный ток, подаваемый на выходной инвертор, а аккумулятор подключен между блоками. Аналогичным образом (если не брать в расчет аккумуляторную батарею) устроен обычный сварочный инвертор. Таким образом, питающее напряжение всегда стабилизировано, а при его отключении не происходит задержек на переключение выхода ИБП с внешней сети на инвертор.

Выбор и расчет инвертора

При расчете требуемой выходной мощности инвертора нужно учитывать, что наличие в цепи нагрузки электродвигателей циркуляционных насосов вызовет рост как постоянного потребления тока, что определяет так называемый коэффициент мощности электродвигателя (косинус фи), так и значительную токовую нагрузку в момент запуска насосов. Максимальная мощность потребления не должна составлять более 75% от максимальной мощности выходного каскада инвертора, особенно это касается устройств класса line-interactive, в которых инвертор работает постоянно.

Для примера расчета возьмем систему, состоящую из газового котла Baxi Fourtech и двух насосов Oasis 25/2. Так как сама электроника котла не имеет индуктивной составляющей нагрузки, его номинальную электрическую мощность в 130 Вт примем в расчет без коррекции. Насосы имеют номинальную мощность 35 Вт. Если бы производитель не указывал также и потребляемую мощность (в данном случае – 60 Вт), ее можно было бы определить как двукратную от номинальной. Следовательно, потребление двух насосов составит 120 Вт на установившемся режиме, задав двукратный запас на пусковой ток и суммировав с потреблением самого котла, мы получим цифру в 370 ватт. С учетом запаса мощности для выходного каскада инвертора нам понадобится преобразователь мощностью не менее 0,5 кВт.

Вторым параметром при выборе бесперебойника является время, в течение которого он сможет обеспечивать питанием предполагаемую нагрузку. При ее расчете нужно учитывать, что в среднем работоспособность выходного преобразователя ИБП сохраняется при исчерпании не более 75% емкости аккумулятора. К примеру, если мы используем аккумулятор с емкостью 60 А*ч, реально он сможет отдать не более 45. Далее с учетом среднего КПД инвертора 80% получаем следующее:

• Нагрузка из предыдущего примера в установившемся режиме – 250 Вт, учтя потери в инверторе получаем забираемую от аккумулятора мощность в 312 Вт.
• При номинальном напряжении 12 В эта мощность означает потребление тока в 26 А – обеспечивать нагрузку полностью заряженный аккумулятор сможет приблизительно 1,7 часа.

Тип выбираемого бесперебойника определяет как бюджет, так и особенности используемой электросети. При относительной стабильности напряжения в сети достаточно приобрести ИБП класса “оффлайн”, если же напряжение сильно плавает, более разумным будет либо дополнить его внешним стабилизатором, либо сразу купить инвертор класса “онлайн” или линейно-интерактивный. Так как инверторы требуемой мощности обычно используют внешние аккумуляторы, стоит уточнить, какой максимальный ток зарядки они могут обеспечивать.

Правила установки ИБП для газового котла

Нельзя размещать ИБП вблизи от труб подводки холодной воды двухконтурных котлов (на них образуется конденсат), а также рядом с трубами отопления, чтобы не нарушать эффективность охлаждения инвертора. Аккумуляторные батареи также не должны подвергаться воздействию низких или чрезмерно высоких температур.

Устройства класса offline желательно использовать совместно со стабилизатором напряжения, подключаемым между ними и внешней сетью.

При использовании в системе отопления фазозависимого газового котла совместно с ИБП его выход соединяется с нагрузкой через разделительный трансформатор. Это связано с тем, что при работе инвертора оба его выхода являются фазами относительно заземления, в то время как фазозависимому котлу требуются четко определенные фаза и нейтраль питания. Для этого и служит разделительный трансформатор, один из выводов вторичной обмотки которого заземляется.

Модели инверторов

Ограниченный объем статьи позволит включить в обзор лишь наиболее распространенные модели инверторов.

Начнет обзор с модели Helior Sigma 1 KSL, предлагаем для начала посмотреть видео

Обзор на ИБП SVEN