пзу-пуско зарядное устройствоИнверторная эволюция в пуско-зарядке.
 
Товарищи, инверторная революция в пуско-зарядных устройствах, о необходимости которой так долго твердили продавцы… запоздала настолько, что превратилась в эволюцию!
 
Что новенького и почему так поздно?
В самом деле. Если вспомнить скорость, с которой инверторные аппараты ручной дуговой сварки вытеснили с рынка традиционные трансформаторные, развитие инверторной технологии в пуско-зарядных устройствах, традиционно связанных со сваркой единым производственным циклом, вызывает недоумение. На моей памяти, первая волна доступных по цене китайских сварочных инверторов ММА появилась на российском рынке в 2006 году. А уже 2-3 года спустя продажи трансформаторов «умерли». Трансформаторные же пуско-зарядные устройства до сих пор процветают. А инверторные появились на рынке лишь год-два, и то пока у считанных производителей. В чем дело? 

Дело в первую очередь в актуальности для рынка. Во вторую – в технологии. 
Спрос двигает предложение. А спрос определяется преимуществами, которые несет технология и созданный на ее основе товар. Какие преимущества принесла инверторная технология в ручную дуговую сварку по сравнению с традиционной трансформаторной? Снижение габаритов и массы? Да, но все-таки это удобство не является критичным для сотен миллионов потребителей по всему миру. Энергетическая эффективность? В большей степени, чем масса и габариты. Современный инвертор позволяет варить от бытовой 16-амперной розетки 230В электродом диаметром до 3,2 мм, а трансформатор – до 2,5 мм. Но и это не тот фактор, который обеспечил победу инверторам над трансформаторами в сварке.

Главное преимущество сварочных инверторов перед трансформаторами – возможность развития дополнительных функций, снижающих требования к уровню подготовки сварщика.

Бытовым инвертором человек, которые никогда ранее в жизни не варил, сможет уложить швы буквально с первой попытки. Пусть неровные, с плохим проваром, но уложит. Варить трансформатором нужно учиться долго. В наше время тенденция развития дополнительных функций, позволяющих малоопытным сварщикам выполнять все более сложные работы, активно развивается и в профессиональной сварочной технике. В некоторых «навороченных» сварочных полуавтоматах индустриального назначения достаточно приложить горелку к месту будущего шва, и умный аппарат сам замерит параметры сварочного металла и, перебрав заложенные в память алгоритмы, подберет оптимальный набор настроек сварочного процесса.
 
В пуско-зарядных устройствах нет такой актуальной проблемы квалификации пользователя. Некоторые китайские производители, правда, пытаются упразднить даже несложные операции, требуемые от пользователя при зарядке и запуске. Например, избавляют пользователя от необходимости поднимать капот и цеплять клеммы ПЗУ к аккумулятору – предлагают подключать ПЗУ через прикуриватель. Беда в том, что сеть прикуривателя не рассчитана на высокие токи зарядки и, уж тем более, стартовые. Так что таким пуско-зарядным устройством можно не столько завести автомобиль, сколько вывести его из строя и даже поджечь. 
Для бытовых пользователей, сталкивающихся с проблемой пуска в холодную погоду, в последнее время появилась новая, по-настоящему прорывная, технология – беспроводные  пусковые устройства на основе литиевых полимерных батарей. Действительно, в последние годы разработчики батарей достигли значительного прогресса. Литиевые полимерные батареи обладают – по сравнению с традиционными свинцовыми – гораздо большей удельной емкостью и – самое главное – способностью генерировать очень высокие токи. Вместе литиевыми батареями прогрессируют и зарядные устройства на их основе. Еще несколько лет назад такой «пускач» представлял собой несколько последовательно соединенных батарей вроде телефонных. При серьезной нагрузке эти несчастные «малыши» перегревались и вспучивались. Сейчас средняя 12-вольтовая литиевая полимерная батарея размером с мобильный телефон имеет емкость порядка 20Ач и способна выдать до 3-4 (хотя в инструкции обычно пишут 1-2) циклов кратковременных разрядов тока ампер 150 – достаточно, чтобы запустить легковушку, если аккумулятор разряжен не «в ноль». При этом батарея мини-пускача греется, конечно, но не взрывается и даже не «вспучивается».

И все же пока «пускачи» на основе литиевых полимерных батарей больше используются в качестве 12-вольтовых источников резервного питания электронных гаджетов. И очень редко в качестве пускачей стартеров легковых автомобилей. И (пока) совсем никогда для запуска мощной автотехники. Операция по запуску двигателя подразумевает обязательное частичное функционирование аккумулятора (здесь и далее - АКБ). Если он разряжен полностью, его рекомендуется «оживить» повышенными токами хотя бы в течение 10-15 минут. Беспроводной «мини-пускач» для таких задач не приспособлен: выходной ток на нем не регулируется, т.е. режима зарядки нет в принципе. А отключать «родную» батарею на время запуска, а потом подключать на работающем двигателе, на большинстве автомобилей 21 века не только неудобно, но и рисково для бортовой сети. 
jump starterГораздо раньше на рынке появились ПЗУ на основе небольших традиционных АКБ. В англоязычной классификации они получили название JUMP STARTER. В них, как и в описанном выше устройстве, решалась проблема зависимости от стационарного источника питания. Но оборотная сторона медали таких устройств несет недостатки, резко ограничившие их широкое распространение. Во-первых, это необходимость периодически заряжать батарею джамп-стратера. А со временем и менять ее. Во-вторых, что критичнее, такие устройства не смогли преодолеть порог мощности стартового тока, который бы обеспечивал запуск крупной техники вроде грузовика. Теоретически это возможно, но придется использовать батарею соответствующего размера и массы. И устройство сразу потеряет свое главное преимущество – мобильность. Возможно, в ближайшем будущем комбинирование классической технологии джамп стратеров и литий-полимерных батарей приведет к созданию устройств, лишенных недостатков, свойственных их сегодняшним прототипам.
 

Так что до сего дня основным решением для нештатного запуска автомобильной техники остается пуско-зарядное устройство (сокращенно ПЗУ), работающее от сети. Самым очевидным  преимуществом, обеспечиваемым инверторной технологией перед классической трансформаторной, в ПЗУ являются габариты и масса. При этом инверторная технология на токах свыше 300А – весьма непроста. Это касается, кстати, и сварки тоже. Не так уж много производителей выпускают инверторную технику на токи в 400-600 ампер и выше. Должен признать, что и компании Bestweld на производственной площадке в г. Азов пока не удалось создать на имеющейся элементной базе ПЗУ с подключением к однофазному источнику на максимальный стартовый ток более 600А. Все эксперименты неизбежно заканчивались взрывом транзисторов. Но и зарубежным конкурентам это пока тоже не удалось. По имеющимся у компании «БэстВелд» сведениям, единственным разработчиком аналогичных ПЗУ на сравнимые токи в настоящее время является итальянский концерн TELWIN. При этом по стоимости изделий он составить конкуренцию российской продукции не может. 
Преимущество инверторных ПЗУ N1: на порядок меньшие габариты и масса. А значит, мобильность и удобство хранения.
 
Ну а кроме массы и габаритов какие-либо преимущества у инверторных ПЗУ есть? Конечно. Для того, чтобы квалифицированно ответить на этот вопрос, необходимо разделить процессы зарядки и пуска и рассмотреть их отдельно.
 
Процесс зарядки
Традиционные свинцовые кислотные и щелочные батареи рекомендуется заряжать постоянным (иначе еще говорят прямым) током, равным приблизительно 1/10-1/12 емкости батареи. Так для жигулевской батареи 55Ач 12В оптимальным током зарядки будет 5-5,5А. Принцип зарядки очень простой: к батарее присоединяется источник прямого тока с уровнем напряжения выше, чем имеет батарея. Чем больше разница в уровне напряжения между источником и батареей, тем сильнее протекающий через батарею ток (закон Ома для участка цепи) и тем быстрее она заряжается.
 
Однако слишком сильные токи вредны для батареи и сокращают ее срок службы. Поэтому их допустимо использовать только кратковременно и только при крайней необходимости. Такая необходимость возникает, когда нужно запустить автомобиль  при полностью разряженной батарее, В этом случае сначала ставят хотя бы на 10-15 минут режим зарядки аккумулятора повышенным током (на устройствах со ступенчатой регулировкой это т.н. режим BOOST). Батарея разогревается, «оживает», после чего через нее можно пускать ток запуска. Для нормального режима зарядки выставляют ток, как уже упомянуто выше, равный приблизительно 1/10 емкости АКБ.
 
Традиционные трансформаторные ПЗУ предлагают так или иначе ступенчатое переключение уровня зарядного тока (на самом деле, уровня напряжения на выходе, который уже проявляется в виде изменения силы тока, проходящей через АКБ). На трансформаторе изменение уровня напряжения на выходе достигается изменением соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках. Поэтому на классическом трансформаторе увеличение количества «ступеней» регулировки означает увеличение количества выводов с обмоток трансформатора. Добиться же абсолютно плавного регулирования напряжения на классическом трансформаторе просто невозможно. А чем больше выводов с обмоток, тем изделие сложнее и дороже. Либо нужно реализовывать конструкцию сервопривода, как в одноименных стабилизаторах напряжения. Что тоже непросто и недешево. Поэтому ток заряда на трансформаторном ПЗУ в режиме заряда выбирается ближайший к равному 1/10 емкости батареи.
 

В инверторном устройстве управление напряжением на выходе идет фактически режимом работы транзисторов, а не переключением между выводами с обмоток. Поэтому плавность регулировки выходного напряжения (а значит, и тока) не представляет такой сложности.  
Преимущество инверторных ПЗУ N2: на инверторном ПЗУ ток заряда можно регулировать и выставлять более точно, чем на большинстве трансформаторных устройств, оборудованных лишь ступенчатым переключателем с минимальным количеством этих самых ступеней.
 

Режим запуска
Часто приходится слышать вопрос: «А пуско-зарядка на какой стартовый ток нужна для запуска моего автомобиля?». Увы, в отличие от режима зарядки, однозначного ответа здесь нет и быть не может.
 
Для запуска двигателя необходимо, чтобы первый цикл (проворот коленвала) был произведен за счет энергии извне. В садовой технике, на небольших бензогенераторах, подвесных лодочных моторах и других маломощных двигателях для этой цели часто устанавливают ручной стартер – трос с ручкой на конце, намотанный на катушку, передающую вращение на вал. На практически любых дизельных двигателях и более мощных бензиновых первичный проворот вала двигателя поручают отдельному электромотору – стартеру, который питается от аккумуляторной батареи.
 
ВАЖНО!
Какой силы ток потребуется стартеру от батареи, зависит от ряда постоянных и переменных факторов:
  • Типа и конструкции двигателя. В дизельном двигателе давление сжатия в цилиндре около 2 раз выше, чем в бензиновом. Пропорционально выше и усилие, требуемое для поворота коленчатого вала. Естественно, чем больше объем цилиндров и их количество, тем большее требуется усилие. Чем больше усилие, тем больше ток.
  • От температуры окружающей среды. На морозе масло густеет, а металл сжимается. Электростартеру приходится преодолевать большее сопротивление.
Перед запуском автомобиля промерзшую АКБ прогревают (хоть несколько минут!) повышенными токами заряда (на моделях со ступенчатым регулированием тока зарядки т.н. режим BOOST, на моделях с плавной регулировкой просто повышенный). Чем лучше отогрелась батарея, тем ниже ток, который ей нужно будет «добрать» от ПЗУ. Поэтому комбинация «менее мощное ПЗУ + достаточное время на зарядку АКБ» предпочтительнее комбинации «более мощное ПЗУ + отсутствие времени на зарядку АКБ». Используя чрезмерно мощное для данного автомобиля ПЗУ нанести ему ущерб нельзя: силу тока больше, чем требуется, стартер не возьмет. Главное, чтобы уровень напряжения совпадал.
Преимущество инверторных ПЗУ N3: большая продолжительность непрерывного прокручивания стартера.
Преимущество инверторных ПЗУ N3: большая продолжительность непрерывного прокручивания стартера. Хотя 20 секунд – запредельная продолжительность, не требуемая ни для какой техники. А сама по себе более высокая продолжительность обеспечивается наличием вентилятора охлаждения, а не собственно инверторной технологией, факт остается фактом.  
Условия эксплуатации: температурный диапазон
Один из немногих аспектов, в которых инверторная техника проигрывает трансформаторной, это температурный рабочий диапазон. Для классического трансформатора нижний предел рабочей температуры ограничен устойчивостью не самого трансформатора, а аксессуаров. Например, тех же проводов и пластиковых аксессуаров. При очень низких температурах они могут ломаться.
 
В инверторной технике есть электронные компоненты, имеющие ограничения по температуре использования. В частности, это электролитические конденсаторы. Конденсаторы, используемые в изделиях российского производства компании «БэстВелд» (как в сварке, так и в ПЗУ) выдерживают до -25С. При более низких температурах они замерзают. Если вынести изделие из теплого места на мороз до -40С, никаких проблем. Но если оставить устройство на улице на ночь при -40С, утром оно, скорее всего, не включится. Впрочем, заявляемый диапазон температуры эксплуатации у трансформаторных ПЗУ такой же – от -40С до +40С. Но вот когда в будущем появятся китайские аналоги (увы, не сомневаюсь, что это произойдет очень скоро!), на данный аспект нужно обращать внимание. Абсолютное большинство китайских инверторных сварочных аппаратов используют компоненты, рассчитанные на работу при положительной температуре. На юге-востоке Поднебесной, где расположена электронная промышленность, отрицательные температуры – большая редкость.

инверторные пзуРабочий диапазон напряжения питания
Как и сварочные инверторы, инверторные ПЗУ имеют нижнюю границу напряжения питания. Если напряжение опускается ниже,  они не работают. Трансформаторные ПЗУ такой границы не имеют. Но и они при пониженном напряжении выдают токи ниже, чем заявлено. Однако в случае эксплуатации в зонах с сильно просевшим напряжением (таких в России все меньше, но есть) инверторное ПЗУ может быть неприменимо. Инверторные ПЗУ Autostart от «БэстВелд» имеют нижнюю рабочую границу напряжения питания 170В. Если напряжение в местности опускается ниже, имеет смысл либо использовать повышающий трансформатор/стабилизатор, либо трансформаторное ПЗУ на заведомо больший, чем требуется, номинал.
 
Так что, по совокупности свойств, инверторные ПЗУ хотя и превосходят традиционные трансформаторные, пока не обладают эксклюзивными свойствами, которые позволили бы им вытеснить трансформаторные устройства с рынка подобно тому, как инверторные аппараты ручной дуговой сварки выбили с рынка своих трансформаторных предшественников.
 
Впрочем, мы живем во времена самых быстрых перемен. Возможно, таким стимулом станет широкое распространение гелиевой технологии, которая перекинется и на АКБ грузовой техники. Ведь зарядка гелиевых АКБ требует более точного контроля за состоянием батареи во время зарядки – перегрев ее может необратимо испортить.
 
Уже однозначно, что вытеснение трансформаторной пуско-зарядки инверторной ускорится по другой причине – из-за стоимости. Сырье дорожает быстрее технологии. Уже сейчас компания «БэстВелд» предлагает свои российские инверторные ПЗУ по цене ниже, чем традиционные трансформаторные аналоги китайского производства.
 
Автор текста Шкляревский Юрий, бренд менеджер компании BESTWELD.
www.bestweld.ru