Що таке коефіціент потужності інвертора ?

Серед великого переліку характеристик інверторів (а якщо виробник себе поважає, йому нема чого приховувати і його технічний письменник не лінивий, експертно прокачаний, знає і любить свою роботу, то цей перелік може досягати пари сторінок), можна зустріти такий показник як коефіцієнт потужності (Power Factor).
Він може виражатися в абсолютному значенні, з сотими частками, як правило, наближаючись до одиниці або у відсотках. Але це вже деталі – одиниці виміру. Важливіше розуміти суть. Що ж це таке цей коефіцієнт, як він співвідноситься з потужністю, від чого залежить і на що впливає.

Що таке коефіцієнт потужності інвертора ?

Відразу відзначимо, що зазначений коефіцієнт відноситься до будь-яких пристроїв, які перетворюють одну форму енергію в іншу (теплову в механічну, хімічну в  електричну і т.д.).
Тобто йдеться про перетворювачі. У широкому значенні слова. До таких 100% можна віднести і інвертор. Він перетворює постійну напругу батареї (12, 24 або 48) в змінні 220 Вольт. І оснащений звичайнісінькою розеткою. Просто підключай шнур із вилкою і ти знову з електрикою. До речі, до самої цифри 100% ми ще повернемося не раз. Спочатку ми згадали про неї як фразеологізм, але 100 % це довгоомріяна мета, яку намагаються досягти, до якої прагнуть інженери-розробники практично всіх безперебійників - від інверторів до зарядних станцій і генераторів. Але як і до істини, як до філософського поняття, так і до 100% коефіцієнта потужності можна рухатися нескінченно довго, але досягти можливо.
Ось тому і було введено термін "коефіцієнт потужності". Це до речі не єдиний коефіцієнт для тих, хто займається пошуком та вибором відповідної моделі інвертора. Йому (а може і їй) бажано познайомитися і з таким поняттям як, наприклад, коефіцієнт гармонік або що по суті те саме і про що ми розповідали раніше у відповідній статті – що таке правильна синусоїда в інверторі.

Чому Power Factor не дорівнює 100 %

Адже питання можна поставити і таке – чому ККД двигуна внутрішнього згоряння не дорівнює 100%?
Або якщо брати більш укрупнено, то від вихідного колінчастого валу до коліс втрачається до 25% потужності. Це є спожите паливо, причому даремно спалене в камерах згоряння і викинуте в атмосферу у вигляді діоксиду вуглецю та надлишків тепла. Чому так багато ? Шестерні, підшипники, тертя... Але цей факт не заважає водіям їздити дорогами.
На щастя сучасні стаціонарні інвертори для приватного будинку або міської квартири мають, можна сказати, майже без пафосу (оскільки ця цифра наведена в інструкції) коефіцієнт потужності, що досягає 0,95 ! І це при 5 Квт і більше.

Іноді на сайтах можна бачити таке: 0,99+. Ну це звичайно маркетинговий прийом, що діє виключно на візуально сприйняття покупця. Хоча суть справи це не змінює. Можна і десять плюсів намалювати. Якщо ближче до теми, то це означає - 5% електричної енергії, спожитої від акумуляторної батареї, втрачається на внутрішні потреби інвертора.

Звідки беруться втрати ?

Наведемо 2 приклади. Один із галузі мікроекономіки підприємства. Інший із нашого власного досвіду. Точніше навіть не нашого, а одного з наших клієнтів.

1. На підприємстві є таке поняття, як умовно постійні витрати. Їх не можна уникнути. У всякому разі, якщо не настає НП: директор потрапив в аварію (не дай Боже) або артилерійський снаряд зруйнував виробничі потужності. Витрати ці включають наприклад зарплату сторожу, аварійне освітлення складу, сигналізації (і охоронній фірмі треба платити і за саме електричне живлення теж зрозуміло) і т.д. Інакше – є ризик, що всі просто пограбують… Тобто обов'язковий мінімум видатків. Або ще один приклад – холодильники у супермаркетах. Продукти чекати не будуть, поки блекають і покупців немає, які несуть гроші до каси. М'ясо-рибу потрібно охолоджувати, навіть якщо немає продажів. Інакше буде свято у собак та щурів, які порадіють несподіваній величезній кількості протухлої їжі на звалищі.
2. Один із наших клієнтів вирішив поекспериментувати з інвертором і останній "пішов" у захисний режим. З одного боку, це добре. Як людина з психотипом інтроверта, заходить у свій захисний режим, віддаляючись від суспільства в свій затишний домашній куточок, так і інвертор умовно каже: “Начудили, так дайте мені спокій”. До речі, цікаво, що інвертор та інтроверт якось звучать надто однаково. Літери одні й тіж самі. Може не дарма? Жарт. І за допомогою цього неприємного випадку, хоча на щастя тимчасового (ситуацію ми звичайно "розрулили" і повернули інвертор до активного перетворювального життя), ми приблизно з'ясували – ось так, життя змушує, скільки енергії інвертор спожив від батареї без навантаження. Це аналог умовно-постійних витрат із першого пункту.

Власні потрібні – це спожита електрика на живлення електронної плати управління, інформаційних каналів. Це можуть бути міліампери. Але вони обов'язково є.  Заявки на вічний двигун вже давно не приймають. Ми згадали про автомобіль, але й там навіть за ідеальної ізоляції електропроводки, існують струми витоків. І саморозряд акумулятора.
Куди ще може "йти" енергія, зменшуючи Power Factor?
В інверторах, де для охолодження силових ланцюгів (тиристори, вихідні потужні транзистори, імпульсні трансформатори у схемі перетворення постійної напруги в змінну) використовується вентилятор, він "поїдає" частину потужності на обертання лопатей. Крім того, навіть у сполучних проводах на їхнє нагрівання втрачається дорогоцінна енергія. Тому важливо підбирати кабелі потрібного перерізу. Принаймні не менше рекомендованого виробником.
Крім того, трохи енергії йде на живлення світлових індикаторів-сигналізаторів.

Кожен світлодіод це дзвіночок про те, що все в порядку чи навпаки, потрібні дії з боку користувача. Наприклад, якщо світиться сигнал аварії. І в хороших інверторах, крім цього, можна проаналызувати додатково коди помилок.
Продовжуємо перераховувати тих, хто майже непомітно, по суті трохи розряджає батарею.
До речі, коли ми розповідали про клієнта-експериментатора, який загнав інвертор у захисний режим, ми побіжно згадали про таке явище, як холостий хід інвертора.
Термін дуже поширений у нашому житті.

• Електрики знають про холостий хід трансформатора (навантаження немає у вторинній обмотці, але в первинній все одно струм протікає!)
• Коли машина завелася, але не рухається з місця, це теж холостий хід.
• Пілот, коли при посадці стосується смуги, теж переводить двигуни в холостий режим.
• І навіть для чоловіків придумано такий безсімейний стан як холостий…

Так от, якщо до виходу інвертора нічого не підключено, можна вважати, що він перебуває в холостому режимі.
Отже, хто ж ще належить до “умовно-постійних витрат електроенергії в інверторах”.
Це Bluetooth модуль, Wifi або Ethernet-плата. А може все це є разом. Так-так. Це реальність сьогодення. Інвертори зразка 2023 року активно "спілкуються" з користувачами, не лише видаючи статистику, але й дозволяючи керувати та вносити ряд налаштувань із екрана смартфона.
Ще одним споживачем електрики (так хочеться сказати непродуктивним, але ні, так не можна, - дивимося приклад вище з підприємством) є плата (контролер BMS), що контролює багато ключових параметрів акумулятора: зарядно-розрядні струми, напруга на вихідних клемах, захист від перезарядження, надмірного розряду і т.д.
Але годі. Список значний. І жодної із зазначених компонентів інвертора не можна позбутися ніяк.

Як рахувати коефіцієнт потужності ?

Не так просто, але порахувати можна. Хоча не факт, що вдасться досягти тієї ж цифри, що вказує виробник. У них все ж таки вимірювальні стенди, ідеальні умови, яких не просто досягти навіть професійним установникам та налаштувачам інверторів. Та й навряд чи хтось цим займатиметься. З іншого боку, є ймовірність, що якщо все-таки вдасться порахувати максимально коефіцієнт потужності інвертора, то не виключено, що вдасться вивести нечесного виробника "на чисту воду" – "що ж Ви пишете, що у вас power factor 0,99, а на практиці виходить 0,95 !" Але суперечка марна. Якщо її переводити у юридичну площину. Завод виробник завжди пошлеться на те, що "наведений у паспорті коефіцієнт потужності був розрахований на такому … устаткуванні, а такому то … режимі”. Ну і таке інше.
І нового у цьому нічого немає. Це все хитрощі. Подивіться рекламний проспект, наприклад, якщо виходить новий смартфон. Один із показників – мегапікселі камери. І написано щось подібне (добре, хоч повідомляють): “фото зроблено в студійних умовах. В реальних умовах якість може відрізнятися."
Чи не знаходите в цій хитрій фразі аналогії з power factor інвертора? Тобто начебто "нам треба довіряти, але ми все ж таки проводили вимірювання в особливих умовах..."

Так можна орієнтуватися на коефіцієнт, наведений в таблиці характеристик ?

А у нас що, є вибір?
Звичайно, доводиться порівнювати і потім працювати з тим, що нам дають.
Якщо напругу можна виміряти вольтметром, синусоїду візуально перевірити осцилографом, то power factor, як ми сказали, порахувати складніше. Та й немає сенсу у цьому. Простіше почитати відгуки про ту чи іншу модель інвертора і звернути увагу в першу чергу на що?
На час роботи від акумулятора !
Звичайно у перетворювачів характеристик багато – десятки. Але якщо брати укрупнено, то найголовніших дві: це потужність споживачів, що підключаються, і час роботи при максимальному навантаженні.

Чим визначається значення Power Factor ?

Схемотехнікою, комплектуючими, електронними компонентами, які застосовують. Наприклад застарілі “ненажерливі“ мікросхеми замінюються на економічні. Нові елементи живлення (наприклад літій ферум полімерні осередки) менше гріються, мають менший струм саморозряду. І ось так, по крихтах, по кроках і можна досягти коефіцієнта потужності 0,99. Якщо, звичайно, це правда...