Kas ir sprieguma invertors, kā tas darbojas, invertora izmantošana

Lai pārveidotu līdzstrāvu maiņstrāvā, tiek izmantoti īpaši elektroniskie barošanas avoti, ko sauc par invertoriem. Visbiežāk invertors pārvērš viena lieluma līdzstrāvas spriegumu par cita lieluma maiņstrāvas spriegumu.

Tāpēc invertors ir periodiski mainīga sprieguma ģenerators, savukārt sprieguma viļņu forma var būt sinusoidāla, gandrīz sinusoidāla vai impulsa... Invertori tiek izmantoti gan kā neatkarīgas ierīces, gan kā daļa no nepārtrauktās barošanas sistēmas (UPS).

Kā daļa no nepārtrauktās barošanas avotiem (UPS) invertori ļauj, piemēram, saņemt nepārtrauktu strāvu datorsistēmām, un, ja tīklā pēkšņi pazūd spriegums, invertors nekavējoties sāks piegādāt datoru ar enerģiju, kas iegūta no rezerves akumulatora. Vismaz lietotājam būs laiks izslēgt un izslēgt datoru.

Lielākos nepārtrauktās barošanas blokos tiek izmantoti jaudīgāki invertori ar lielas ietilpības akumulatoriem, kas var autonomi barot patērētājus stundām ilgi neatkarīgi no tīkla, un, kad tīkls atgriezīsies normālā režīmā, UPS automātiski pārslēgs patērētājus tieši uz elektrotīklu un akumulatori sāks uzlādēt.

Tehniskā puse

Mūsdienu elektroenerģijas pārveidošanas tehnoloģijās invertors var darboties tikai kā starpmezgls, kur tā funkcija ir pārveidot spriegumu, izmantojot augstfrekvences transformāciju (desmitiem un simtiem kilohercu). Par laimi, mūsdienās šī problēma ir viegli atrisināma, jo invertoru izstrādei un projektēšanai pieejami gan pusvadītāju slēdži, kas spēj izturēt simtiem ampēru strāvas, gan magnētiskie serdeņi ar nepieciešamajiem parametriem, gan elektroniskie mikrokontrolleri, kas īpaši paredzēti invertoriem (arī rezonanses).

Prasības invertoriem, kā arī citām barošanas ierīcēm ietver: augstu efektivitāti, uzticamību, mazākos iespējamos izmērus un svaru. Tāpat ir nepieciešams, lai invertors izturētu pieļaujamo augstāku harmoniku līmeni ieejas spriegumā un neradītu lietotājiem nepieņemami skaļu impulsu troksni.

Sistēmās ar "zaļajiem" elektroenerģijas avotiem (saules paneļiem, vējdzirnavām), lai piegādātu elektroenerģiju tieši uz vispārējo tīklu, tiek izmantoti Grid-tie invertori, kas var darboties sinhroni ar rūpniecisko tīklu.

Sprieguma invertora darbības laikā pastāvīgā sprieguma avots periodiski tiek pieslēgts slodzes ķēdei ar mainīgu polaritāti, savukārt pieslēgumu frekvenci un to ilgumu veido vadības signāls, kas nāk no regulatora.

Kontrolieris inverterī parasti veic vairākas funkcijas: regulē izejas spriegumu, sinhronizē pusvadītāju slēdžu darbību, aizsargā ķēdi no pārslodzes. Parasti invertorus iedala: atsevišķos invertoros (strāvas un sprieguma invertori) un atkarīgos invertoros (ar režģi darbināmi, ar tīklu darbināmi utt.)

Invertora ķēde

Invertora pusvadītāju slēdžus kontrolē kontrolieris, un tiem ir reversās šunta diodes. Invertora izejas spriegums atkarībā no slodzes pašreizējās jaudas tiek regulēts, vienkāršākajā gadījumā automātiski mainot impulsa platumu augstfrekvences pārveidotājā. PWM (impulsa platuma modulācija).

Izejas zemfrekvences sprieguma pusviļņiem jābūt simetriskiem, lai slodzes ķēdes nekādā gadījumā nesaņemtu nozīmīgu konstantu komponentu (transformatoriem tas ir īpaši bīstami), šim nolūkam LF bloka impulsa platums ( vienkāršākais gadījums) tiek padarīts nemainīgs .

Invertora izejas slēdžu vadīšanā tiek izmantots algoritms, kas nodrošina secīgas izmaiņas strāvas ķēdes struktūrās: tiešā, īssavienojuma, reversā.

Tā vai citādi momentānās slodzes jaudas vērtībai pie invertora izejas ir divfrekvences viļņu raksturs, tāpēc primārajam avotam ir jāatļauj šāds darbības režīms, kad caur to plūst pulsācijas strāvas, un jāiztur atbilstošs traucējumu līmenis. (pie invertora ieejas).

Ja pirmie invertori bija tikai mehāniski, šodien ir daudz iespēju pusvadītāju invertora shēmām, un ir tikai trīs tipiskas shēmas: tilts bez transformatora, grūdiens ar transformatora nulles spaili, tilts ar transformatoru.

Beztransformatora tilta ķēde ir atrodama 500 VA nepārtrauktās barošanas avotos un automobiļu invertoros. Bīdāmā ķēde ar transformatora neitrālu spaili tiek izmantota mazjaudas UPS (datoriem) ar jaudu līdz 500 VA, kur rezerves akumulatora spriegums ir 12 vai 24 volti. Tilta ķēde ar transformatoru tiek izmantota jaudīgos nepārtrauktās barošanas avotos (vienībām un desmitiem kVA).

Izejas sprieguma viļņu forma

Taisnstūrveida sprieguma invertoros pie izejas tiek ieslēgta reverso diožu slēdžu grupa, lai radītu mainīgu spriegumu pāri slodzei un nodrošinātu kontrolētu cirkulācijas režīmu ķēdē. reaktīvā enerģija.

Par izejas sprieguma proporcionalitāti ir atbildīgi: vadības impulsu relatīvais ilgums vai fāzes nobīde starp atslēgu grupu vadības signāliem. Nekontrolētas reaktīvās jaudas cirkulācijas režīmā lietotājs ietekmē invertora izejas sprieguma formu un lielumu.

Sprieguma invertoros ar pakāpenisku izeju augstfrekvences priekšpārveidotājs veido vienpolāru pakāpiena sprieguma līkni, kas pēc formas aptuveni atbilst sinusoidālajam vilnim, kura periods ir puse no izejas sprieguma perioda. Pēc tam LF tilta ķēde pārveido vienpolārā pakāpiena līkni divās bipolārās līknes daļās, kas aptuveni atgādina sinusoidālo vilni.

Sprieguma invertoros ar sinusoidālu (vai gandrīz sinusoidālu) izejas formu augstfrekvences priekšpārveidotājs ģenerē pastāvīgu spriegumu, kas amplitūdā ir tuvu nākotnes sinusoidālajai izejai.

Pēc tam tilta ķēde veido zemas frekvences mainīgo no nemainīga sprieguma, izmantojot vairākus PWM, kad katrs tranzistoru pāris katrā izejas sinusoidālā viļņa veidošanas pusciklā tiek atvērts vairākas reizes uz laiku, kas mainās atkarībā no harmonikas likuma. . Pēc tam zemas caurlaidības filtrs no iegūtās viļņu formas izņem sinusu.

HF pirmspārveidošanas shēmas invertoros

Vienkāršākās augstfrekvences pirmspārveidošanas shēmas invertoros ir pašģenerējošas. Tie ir diezgan vienkārši tehniskās realizācijas ziņā un ir diezgan efektīvi ar zemu jaudu (līdz 10-20 W), lai nodrošinātu slodzes, kas nav kritiskas barošanas procesam. Oscilatoru frekvence nav lielāka par 10 kHz.

Pozitīva atgriezeniskā saite šādās ierīcēs tiek iegūta, piesātinot transformatora magnētisko ķēdi. Bet jaudīgiem invertoriem šādas shēmas nav pieņemamas, jo slēdžu zudumi palielinās, un efektivitāte galu galā ir zema.Arī jebkurš īssavienojums pie izejas pārtrauc pašsvārstības.

Provizorisko augstfrekvences pārveidotāju labākās shēmas ir PWM kontrolieru flyback (līdz 150 W), push-pull (līdz 500 W), pustilts un tilta (vairāk nekā 500 W) shēmas, kur pārveidošanas frekvence sasniedz simtus. no kilohercu.

Invertoru veidi, darbības režīmi

Vienfāzes sprieguma invertori ir sadalīti divās grupās: ar tīru sinusoidālo vilni izejā un ar modificētu sinusoidālo vilni.Lielākā daļa mūsdienu ierīču pieļauj tīkla signāla vienkāršotu formu (modificētu sinusoidālo vilni).

Tīrs sinusoidāls vilnis ir svarīgs ierīcēm, kuru ieejā ir elektromotors vai transformators, vai arī, ja tā ir īpaša ierīce, kas darbojas tikai ar tīru sinusoidālu vilni pie ieejas.

Trīsfāzu invertorus parasti izmanto, lai ģenerētu trīsfāzu strāvu elektromotoriem, piemēram, strāvas padevei trīsfāzu asinhronais motors… Šajā gadījumā motora tinumi ir tieši savienoti ar pārveidotāja izeju. Jaudas ziņā invertors tiek izvēlēts, pamatojoties uz tā maksimālo vērtību lietotājam.

Kopumā ir trīs invertora darbības režīmi: palaišana, nepārtraukta un pārslodze. Palaišanas režīmā (uzlādējot jaudu, iedarbinot ledusskapi) jauda var dubultot invertora reitingu sekundes daļā, tas ir pieņemams lielākajai daļai modeļu. Nepārtraukts režīms - atbilst invertora nominālajai vērtībai. Pārslodzes režīms — ja lietotāja jauda ir 1,3 reizes lielāka par nominālo — šajā režīmā vidējais invertors var strādāt aptuveni pusstundu.