Инверторы напряжения – Выбор инвертора (преобразователя напряжения) | Блог

Содержание

Что такое инвертор напряжения: применение и схема управления

Содержание:

  1. Определение инвертора напряжения
  2. Практическое применение
  3. Принцип работы инверторных устройств
  4. Схема управления
  5. Основные типы преобразователей
  6. Форма выходного напряжения
  7. Напряжение холостого хода в сварочных инверторах

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется получить переменный ток путем преобразования постоянного тока. Для этих целей существует специальный прибор – инвертор напряжения, в котором находится встроенный микропроцессор, позволяющий автоматически выбрать необходимый режим работы, преобразованием напряжения в сети. Он может постоянное напряжение в 12 или 24 Вольт, которое производит аккумуляторная батарея, преобразовывать в стандартное 220 Вольт для работы большинства электроприборов. Таким образом, инвертор напряжения служит для приборов, использующих стандартную электросеть, бесперебойным источником питания.


Определение инвертора напряжения

Инвертор напряжения, в том числе и сделанный своими руками — неотъемлемая часть различных генераторов, использующих энергию течения или падения воды, силу ветра или солнечное излучение. С помощью него все виды энергии могут преобразовываться в обыкновенные для бытовых приборов параметры напряжения в 220 вольт из напряжения 12В или из трёхфазного. Таким образом, данные приборы выполняют преобразование постоянного напряжения с одной величиной, в переменное напряжение с требуемой величиной.

По своей сути схема инвертора напряжения сама является генератором, с помощью которого можно подобрать и получить периодически изменяющееся напряжение. В отличие от стабилизаторов, выходные напряжения могут иметь синусоидальную, близкую к синусоидальной или импульсную формы. На практике эти устройства используются как самостоятельные устройства, или в качестве какой-то отдельной части в системах бесперебойного электроснабжения.

Пользу смогли оценить по достоинству обитатели регионов, которые испытали веерные отключения электроэнергии. Незаменим автономный инвертор напряжения в условиях стихийных бедствий. Очень важно его присутствие в медицинских и детских учреждениях, для безопасности банков, хранилищ, складов.


Применение инвертора на практике

Выбирая инвертор напряжения, следует помнить, что он поможет и освещение обеспечить при необходимости, и телевизор посмотреть, и даже чайник вскипятить. Для тех, кто вынужден длительное время проводить в дороге, автомобильный инвертор своими руками незаменимое устройство, позволяющее пользоваться обычными бытовыми приборами в поездках.

В большинстве случаев инверторы напряжения используются как запасные фазные источники электропитания. Если ток в розетке пропадает, приборы тут же начинают работать от аккумулятора в обычном режиме. Подача электроэнергии восстановилась — инвертор переходит к зарядке аккумулятора, при этом, не мешая приборам нормально работать от сети. При этом он беспрерывно контролирует ситуацию.

Особую популярность данные устройства приобрели при совместном использовании с компьютерными системами. В этом случае электроснабжение становится непрерывным, даже при внезапном исчезновении сетевого напряжения. В ход идет резервный аккумулятор, обеспечивающий корректное завершение работы и выключение компьютера.

Существуют большие источники бесперебойного питания АИН, оборудованные мощными инверторами с высокой емкостью аккумуляторов. Они способны подавать энергию потребителю в автономном режиме в течение нескольких часов. При возвращении сети в нормальный рабочий режим происходит автоматическое переключение потребителей на нормальное электроснабжение, а аккумуляторы переходят в режим зарядки.

Если же напряжение, которое выдает аккумулятор, падает ниже допустимого предела, в этом случае также начинается его подзарядка. При отсутствии такой возможности — просигнализирует о прекращении подачи электроэнергии и перейдёт в режим ожидания, до возобновления подачи электроэнергии.


Принцип работы инверторных устройств

Современные технологические схемы, связанные с преобразованиями электроэнергии, предполагают использование инверторов в качестве промежуточного звена совместно с другими устройствами. Их основной функцией является преобразование напряжения с высокой частотой трансформации, составляющей несколько десятков или даже сотен килогерц.

Подобная задача с технической точки зрения в настоящее время решается достаточно легко, поскольку принцип работы инверторов основан на полупроводниковых ключах, устойчивых к высоким токам. Специально для этих устройств были разработаны магнитопроводы с нужными параметрами и различные типы электронных микроконтроллеров.

Технические характеристики и физические свойства инверторов примерно такие же, как и у других компонентов, в том числе и силовых устройств. Они отличаются надежностью, высоким коэффициентом полезного действия, минимальной массой и габаритными размерами. Каждый такой прибор должен выдерживать все параметры входного напряжения. Импульсные помехи на выходе находятся в разумных пределах и не создают проблем потребителям.


Схема управления

В каждом инверторе имеются полупроводниковые ключи с обратными шунтирующими диодами в виде моста мостовая схема. Для управления данными элементами используется специальный контроллер. Регулировка и расчет выходного напряжения осуществляется автоматически, в соответствии с мощностью текущей нагрузки. С этой целью изменяется ширина импульса в преобразователе высокой частоты. Данный процесс известен в качестве широтно-импульсной модуляции – ШИМ.

Выходное напряжение низкой частоты отличается симметричными полуволнами за счет постоянной ширины импульса низкочастотного блока.

Выходные ключи инвертора управляются путем специального алгоритма, при котором происходит последовательная смена структур в силовой цепи. За прямой структурой идет короткозамкнутая и далее – инверсная. Таким образом, мгновенная мощность выходной нагрузки инвертора представляет собой пульсации, протекающие с удвоенной частотой. В связи с этим режим работы первичного источника при прохождении через него пульсирующих токов, должен учитывать расчет определенных помех, образующихся на входе инвертора.


Основные типы преобразователей

Все преобразователи напряжения с 12 до 220В разделяются на несколько типов:

  • Первый вариант осуществляет превращение напряжения 12 вольт в 220. Пользуются популярностью у автолюбителей из-за возможности подключения телевизоров, пылесосов и других стандартных электротехнических устройств.
  • Во втором варианте, наоборот, инверторы 220 вольт преобразуют в 12. В основном используется в сложных эксплуатационных условиях, обеспечивая электробезопасность. Например, в специальном оборудовании, предназначенном для помещений с повышенной влажностью.
  • Третий инвертор тока по своей сути является стабилизатором, выполненным на основе двух инверторов. Вначале происходит преобразование 220 вольт в 12, а затем эти 12В вновь преобразуются в 220. В результате двойного преобразования на выходе получается напряжение с идеальной синусоидой. Бытовая техника и оборудование, у которых микросхема с электронным управлением надежно работают совместно с такими преобразователями. Данное устройство используется как стабилизатор напряжения для сварочного инвертора.

Все инверторы имеют три рабочих режима – пусковой, длительный и перегрузочный. В первом случае мощность нагрузки лишь на доли секунды в два раза превышает номинал устройства. Во втором случае нагрузка соответствует номиналу выбранного прибора. В режиме перегрузки расчет мощности подключенных потребителей может быть выше номинала в 1.3 раза. Подобный режим модель среднего инвертора выдерживает около 30 минут.


Форма выходного напряжения

В разных инверторах напряжение на выходе отличается по форме. Если это прямоугольник, то расчет коммутации группы ключей, дополненных обратными диодами, осуществляется таким образом, чтобы на нагрузке возникло переменное напряжение и обеспечивался контроль над режимом циркуляции в цепях реактивной энергии.

Выходное напряжение становится пропорциональным за счет относительной продолжительности импульсов управления или между сигналами, управляющими группами ключей, сдвигаются фазы. Если же циркуляция реактивной энергии находится вне зоны контроля, в этом случае величина и форма напряжения находятся под непосредственным влиянием потребителя.

Преобразователь напряжения, имеющий на выходе ступенчатую форму, с помощью предварительного преобразователя высокой частоты, производит формирование ступенчатой однополярной кривой напряжения. По своей форме она приближена к синусоиде, у которой полный период составляет половину периода напряжения на выходе. Далее, под влиянием низкочастотной мостовой схемы однополярная ступенчатая кривая становится двумя стабилизированными половинками кривой с разной полярностью, форма которой приблизительно напоминает синусоиду.


Напряжение холостого хода в сварочных инверторах

При использовании преобразующих устройств в практических целях, встречается такое понятие, как напряжение холостого хода сварочного инвертора. Данное состояние образуется за счет изменения напряжения 220 или 380 вольт с частотой 50 Гц, то есть может использоваться и трехфазный инвертор напряжения. Вначале оно становится напряжением постоянного тока, а затем вновь превращается в переменное, но уже с высокой частотой на выходе – в пределах 20-50 кГц.

Далее осуществляется расчет и подача этого высокочастотного напряжения к регулятору. Данный элемент поддерживает нужный уровень тока и напряжения, необходимых для зажигания дуги. Напряжение холостого хода не опасно при случайном касании токоведущих частей во время работы со сваркой, тогда как завышенное напряжение может вызвать серьезные негативные последствия.

electric-220.ru

Инверторы напряжения - это... Что такое Инверторы напряжения?

Инверторы напряжения — инвертором напряжения (по зарубежной терминологии DC/AC converter) называют устройство, преобразующие электрическую энергию источника напряжения постоянного тока в электрическую энергию переменного тока.

  • Инверторы напряжения (ИН) могут применяться в виде отдельного законченного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока.[1][2] Потребность в таких устройствах связана с широким внедрением в различных отраслях промышленности и бизнесе компьютерных технологий.[3][4][5] При этом недостаточная надежность сетей переменного тока является основным источником нарушения технологического цикла производственных процессов и связана с большими экономическими рисками. По оценкам специалистов ущерб от «перебоя» электрической энергии в течение одного часа в таких сферах, как финансы (брокерские операции, продажа кредитных карточек), медиа-услуги, исчисляются сотнями тысяч долларов.
    [6]
    [7]

Свойства инверторов

  • Инверторы напряжения позволяют устранить или по крайней мере ослабить зависимость работы информационных систем от качества сетей переменного тока.
Например, в персональных компьютерах, информационных центрах на базе ПК при внезапном отказе сети с помощью резервной аккумуляторной батареи и инвертора можно обеспечить работу компьютеров для корректного завершения решаемых задач.
В более сложных ответственных системах инверторные устройства могут работать в длительном контролируемом режиме параллельно с сетью или независимо от нее.[8][9]
  • Кроме «самостоятельных» приложений, где инвертор выступает в качестве источника питания потребителей переменного тока, широкое развитие получили технологии преобразования энергии, где инвертор является промежуточным звеном в цепочке преобразователей.
Принципиальной особенностью инверторов напряжения для таких приложений является высокая частота преобразования (десятки-сотни килогерц). Для эффективного преобразования энергии на высокой частоте требуется более совершенная элементарная база (полупроводниковые ключи, магнитные материалы, специализированные контроллеры).
  • Как и любое другое силовое устройство, инвертор должен иметь высокий КПД, обладать высокой надежностью и иметь приемлемые массо-габаритные характеристики.[10][11]
Кроме того, ИН длжен иметь допустимый уровень высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения (допустимое значение коэффициентов гармоник) и не создавать при работе недопустимый для других потребителей уровень пульсации на зажимах источника энергии.

Работа инвертора

Работа инвертора напряжения (ИН) основана на переключении источника постоянного напряжения с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения «задается» сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

  1. регулирование напряжения;
  2. синхронизация частоты переключения ключей;
  3. защитой их от перегрузок; и др.

Методы технической реализации инверторов и особенности их работы

  1. Ключи инвертора должны быть управляемыми (включаются и выключаются по сигналу управления), а также обладать свойством двухсторонней проводимости тока.[12] Как правило такие ключи получают шунтированием транзисторов обратными диодами. Исключение составляют полевые транзисторы, в которых такой диод является внутренним элементом его полупроводниковой структуры.
  2. Регулирование выходного напряжения инверторов достигается изменением площади импульса полуволны. Наиболее простое регулирование достигается регулирование длительности (шины) импульса полуволны. Такой способ является простейшим вариантом метода широтно-импульсной модуляции сигналов (ШИМ).
  3. Нарушение симметрии полуволн выходного напряжения порождает побочные продукты преобразования с частотой ниже основной, включая возможность появления постоянной составляющей напряжения, недопустимой для цепей, содержащих трансформаторы.
  4. Для получения управляемых режимов работы инвертора, ключи инвертора и алгоритм управления ключами должны обеспечить последовательную смену структур силовой цепи, называемых прямой, коротко замкнутой и инверсной.
  5. Мгновенная мощность потребителя пульсирует с удвоенной частотой. Первичный источник питания должен допускать работу с пульсирующими и даже изменяющими знак токами потребления. Переменные составляющие первичного тока определяют уровень помех на зажимах источника питания.

Типовые схемы инверторов напряжения

Существуют большое число вариантов построения схем инверторов.[13][14] Исторически первыми были механические инверторы, которые в эпоху развития полупроводниковых технологий заменили более технологичные инверторы на базе полупроводниковых элементов, и цифровые инверторы напряжения. Но все же, как правило, выделяют три основные схемы инверторов напряжения:

  • Мостовой ИН без трансформатора

Мостовой ИН без трансформатора

Область применения: устройства бесперебойного питания мощностью более 500 ВА, установки с высоким значением энергии (220..360 В).
  • С нулевым выводом трансформатора

Инвертор напряжения с нулевым выводом трансформатора

Область применения: Устройства бесперебойного питания компьютеров мощностью (250.. 500 ВА), при низком значении напряжения (12..24 В), преобразователи напряжения для подвижных систем радиосвязи.
  • Мостовая схема с трансформатором

Мостовой инвертор напряжения с трансформатором

Область применения: Устройства бесперебойного питания ответственных потребителей с широким диапазоном мощностей: единицы - десятки кВА.[15]

Принцип построения инверторов

  • Инверторы с прямоугольной формой выходного напряжения
Преобразование постоянного напряжения первичного источника в переменное достигается с помощью группы ключей, периодически коммутируемых таким образом, чтобы получить знакопеременное напряжение на зажимах нагрузки и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи реактивной энергии. В таких режимах гарантируется пропорциональность выходного напряжения. В зависимости от конструктивного исполнения модуля переключения (модуля силовых ключей инвертора) и алгоритма формирования управляющих воздействий, таким фактором могут быть относительная длительность импульсов управления ключами или фазовый сдвиг сигналов управления противофазных групп ключей. В случае неконтролируемых режимов циркуляции реактивной энергии реакция потребителя с реактивными составляющими нагрузки влияет на форму напряжения и его выходную величину.[16][17]
  • Инверторы напряжения со ступенчатой формой кривой выходного напряжения
Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования формируются однополярные ступенчатые кривые напряжения, приближающиеся по форме к однополярной синусоидальной кривой с периодом, равным половине периода изменения выходного напряжения инвертора. Затем с помощью, как правило, мостового инвертора однополярные ступенчатые кривые напряжения преобразуются в разнополярную кривую выходного напряжения инвертора.
  • Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения
Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования получают напряжение постоянного тока, значение которого близко к амплитудному значению синусоидального выходного напряжения инвертора. Затем это напряжение постоянного тока с помощью, как правило, мостового инвертора преобразуется в переменное напряжение по форме, близкое к синусоидальному, за счет применении соответствующих принципов управления транзисторами этого мостового инвертора (принципы так называемой «многократной широтно-импульсной модуляции»).[18][19] Идея этой «многократной» ШИМ заключается в том, что на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора соответствующая пара транзисторов мостового инвертора коммутируется на высокой частоте (многократно) при широтно-импульсном управлении. Причем длительность этих высокочастотных импульсов коммутации изменяется по синусоидальному закону . Затем с помощью высокочастотного фильтра нижних частот выделяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора.[16]
  • Инверторы напряжения с самовозбуждением
Инверторы с самовозбуждением (автогенераторы) относятся к числу простейших устройств преобразования энергии постоянного тока. Относительная простота технических решений или достаточно высокой энергетической эффективности привело к их широкому применению в маломощных источниках питания в системах промышленной автоматики и генерировании сигналов прямоугольной формы, особенно в тех приложениях, где отсутствует необходимость в управлении процессом передачи энергии. В этих инверторах используется положительная обратная связь, обеспечивающая их работу в режиме устойчивых автоколебаний, а переключение транзисторов осуществляется за счет насыщения материала магнитопровода трансформатора.[20][21] В связи со способом переключения транзисторов, с помощью насыщения материала магнитопровода трансформатора, выделяют недостаток схем инверторов, а именно низкий КПД, что объясняется большими потерями в транзисторах. Поэтому такие инверторы применяются при частотах не более 10 кГц и выходной мощности до 10 Вт. При существенных перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке в любом из инверторов с самовозбуждением происходит срыв автоколебаний (все транзисторы переходят в закрытое состояние).

Примечания

  1. Luo, Fang Lin & Ye, Hong (2004), «Advanced DC/DC Converters», CRC Press, ISBN 0-8493-1956-0 
  2. Luo, Fang Lin; Ye, Hong & Rashid, Muhammad H. (2005), «Power Digital Power Electronics and Applications», Elsevier, ISBN 0-12-088757-6 
  3. Pressman 1998, p. 306
  4. DC Power Production, Delivery and Utilization, An EPRI White Paper (PDF). Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. Page 9 080317 mydocs.epri.com
  5. DC-DC CONVERTERS: A PRIMER. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. 090112 jaycar.com.au Page 4
  6. Electrical Power Quality and Utilisation, Journal Vol. XV, No. 2, 2009: Estimation of Optimum Value of Y-Capacitor for Reducing Emi in Switch Mode Power Supplies
  7. High-efficiency power supplies for home computers and servers. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
  8. Maniktala, Sanjaya (2007), «Troubleshooting Switching Power Converters: A Hands-on Guide», Newnes/Elsevier, ISBN 0-7506-8421-6 
  9. Nelson, Carl (1986), «LT1070 design Manual», vol. AN19 publisher= Linear Technology, <http://www.linear.com/docs/4176>  Application Note giving an extensive introduction in Buck, Boost, CUK, Inverter applications. (download as PDF from http://www.linear.com/designtools/app_notes.php)
  10. Irving, Brian T. & Jovanović, Milan M. (2002), «Analysis and Design of Self-Oscillating Flyback Converter», Proc. IEEE Applied Power Electronics Conf. (APEC), сс. 897–903, <http://www.deltartp.com/dpel/dpelconferencepapers/S19P6.pdf>. Проверено 30 сентября 2009. 
  11. Energy Savings Opportunity by Increasing Power Supply Efficiency. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
  12. Foutz, Jerrold. Switching-Mode Power Supply Design Tutorial Introduction. Проверено 6 октября 2008.
  13. Switching Regulators for Poets
  14. Переводчик Google
  15. http://www.compeljournal.ru/images/articles/2009_15_6.pdf
  16. 1 2 MIT open-courseware, Power Electronics, Spring 2007
  17. Switch Mode Power Supplies
  18. Pressman, Abraham I.; Billings, Keith & Morey, Taylor (2009), «Switching Power Supply Design» (Third ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-148272-5 
  19. Rashid, Muhammad H. (2003), «Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications», Prentice Hall, ISBN 0-13-122815-3 
  20. Basso, Christophe (2008), «Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs», McGraw-Hill, ISBN 0-07-150858-9 
  21. Erickson, Robert W. & Maksimovic, Dragan (2001), «Fundamentals of Power Electronics» (Second ed.), ISBN 0-7923-7270-0 

См. также

Литература

  • Бушуев В.М., Деминский В. А., Захаров Л.Ф., Козляев Ю.Д., Колканов М.Ф. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. — М.: Горячая линия - Телеком, 2009. — 384 с. — ISBN 978-5-9912-0077-6
  • Китаев В.Е., Бокуняев А. А., Колканов М.Ф. Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975. — 328 с.
  • Ирвинг М., Готтлиб Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы.. — 2-е изд. — М.: Постмаркет, 2002. — 544 с. — ISBN 5-901095-05-7
  • Раймонд Мэк Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению. — М.: Додэка-ΧΧΙ, 2008. — 272 с. — ISBN 978-5-94120-172-3
  • Угрюмов Е. П. Теория и практика эволюционного моделирования. — 2-е изд. — СПб: БХВ-Петербург, 2005. — С. 800. — ISBN 5-94157-397-9
  • Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с. — 60 000 экз.
  • Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3

Ссылки

dic.academic.ru

Инверторы напряжения Википедия

Переписать

Эта статья должна быть полностью переписана.

На странице обсуждения могут быть пояснения.
У этого термина существуют и другие значения, см. Инвертор. Инвертор мобильных солнечных батарей на берегу Рейна Инверторы SMA Solar

Инве́ртор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный[1] с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Инверторы напряжения могут применяться в виде отдельного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока.

Содержание

  • 1 Свойства инверторов
  • 2 Работа инвертора
  • 3 Методы технической реализации инверторов и особенности их работы
  • 4 Типовые схемы инверторов напряжения
  • 5 Принцип построения инверторов
  • 6 Однофазные инверторы
  • 7 Трёхфазные инверторы
  • 8 Применение многоуровневых инверторов
    • 8.1 Топология каскадных многоуровневых инверторов
  • 9 Электромеханические инверторы
  • 10 См. также
  • 11 Примечания
  • 12 Литература
  • 13 Ссылки

Свойства инверторов[ | ]

  • Инверторы напряжения позволяют устранить или по крайней мере ослабить зависимость работы информационных систем от качества сетей переменного тока. Например, в персональных компьютерах при внезапном отказе сети с помощью резервной

ru-wiki.ru

Инвертор преобразования напряжения. Принцип работы источника бесперебойного питания

Автономный инвертор напряжения предназначен для преобразования постоянного напряжения в переменное. Существую еще и инверторы тока, они преобразуют постоянный ток в переменный. Однако наиболее широкое применение нашли инверторы напряжения. Они применяются для преобразования постоянного напряжения, например выпрямительных установок, аккумуляторных или солнечных батарей, в переменное напряжение, чаще всего частотой 50 Гц или любой другой частоты с возможностью ее регулирования.

Однофазный автономный инвертор напряжения. Принцип действия

Переменное напряжение на нагрузке формируется путем кратковременных чередующихся подключений источника питания постоянного напряжения к противоположным клеммам нагрузки, то есть в один момент времени источник питания своими клеммами 1-2 подключен к клеммам нагрузки 3-4 , а в следующий – к клеммам 4-3 . (рис. 1 ) В результате чего ток через нагрузку сначала протекает в одном направлении, а затем – в другом. С повышением частоты таких переключений возрастает частота переменного тока на нагрузке.

Рис. 1 – Автономный инвертор напряжения. Принцип действия

Еще проще понять процесс формирования переменного напряжения из постоянного можно если представить, что в одной руке находится резистор, а в другой батарейка. При этом резистор все время находится в одном фиксированном положении, а батарейка подключается то полюсом, то минусом к одному и тому же выводу резистора. Таким образом ток через резистор будет протекать то в одном, то в противоположном направлении. В действительности роль переключателей выполняют полупроводниковые ключи.

Принципиальная схема автономного инвертора напряжения показана на рис. 2.


Рис. 2 – Автономный инвертор напряжения. Принципиальная схема

Рассмотрим работу инвертора на примере активно-индуктивной нагрузки, как наиболее распространённой

В некоторый момент времени t 1 (рис. 3 ) одна пара диагонально противоположных транзисторов VT 1 , VT 4 открыта, а вторая VT 2 , VT 3 закрыта. Ток, протекающий через инвертор напряжения и нагрузку, нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени τ= L Н / R Н по пути «+» U ИП VT 1 L Н R Н VT 4 – «-» U ИП . В следующий момент t 2 (рис. 4 ) транзисторы VT 1 , VT 4 закрыты, а VT 2 , VT 3 открыты.


Рис. 3 – Путь протекания тока через элементы инвертора на интервале времени t1-t2


Рис. 4 – Путь протекания тока через элементы инвертора на интервале времени t 2- t 3

Однако из-за наличия индуктивности L Н ток не может мгновенно изменить свое направление. Поэтому в момент t 2 закрытия транзисторов VT 1 , VT 4 и открытия VT 2 , VT 3 ток продолжает протекать через инвертор в том же направлении до тех пор, пока запасенная в индуктивности энергия магнитного поля W L н = L Н I 2 /2 не снизится до нуля (промежуток времени t 2 t 3 ) (см. рис. 4 ). Поскольку транзисторы VT 1 , VT 4 уже закрыты, то ток будет протекать по такой цепи: L Н R Н VD 2 U ИП VD 3 . На протяжении этого интервала времени энергия с нагрузки отдается источнику питания U ИП .

Если источником питания служит выпрямитель, то его необходимо шунтировать конденсатором C . Это позволит току протекать в обратном направлении.

В момент t 3 (рис. 5 ) ток снизится до нуля, после чего изменится его направление. В промежутке времени t 3 t t 4 ток будет нарастать, протекая по пути: «+» U ИП VT 2 L Н R Н VT 3 – «-» U ИП . В монет времени t 4 транзисторы VT 2 , VT 3 снова закроются, VT 1 , VT 4 откроются. Ток на отрезке времени t 4 t t 5 останется протекать в прежнем направлении, пока не снизится до нуля. Путь прохождения тока: L Н R Н VD 1 U ИП VD 4 .


Рис. 5 – Путь прохождения тока по элементам инвертора на интервале времени t 3- t 4

В следующий момент времени t 5 (рис. 6 ) ток станет равным нулю, а затем, изменив свое направление, начнет возрастать в промежутке времени t 5 t t 6 . В момент t 6 снова произойдет переключение транзисторов и процессы повторятся.


Рис. 6 – Путь прохождения тока по элементам инвертора на интервале времени t 5- t 6

Ток протекает по цепи «+» U ИП VT 2 R Н L Н VT 3 – «-» U ИП . Таким образом транзисторы VT 1 VT 4 попеременно подключают источник питания U ИП к клеммам нагрузки: сначала плюс U ИП подключен к 3 -й клемме, а минус к 4 -й клемме, затем наоборот.

Рассмотренный выше алгоритм управления транзисторами позволяет сохранять величину выходного напряжения инвертора и соответственно тока нагрузки постоянными, однако в большинстве случаев необходимо изменять напряжения с целью получения требуемой величины тока в нагрузке.

Способы регулирования напряжения автономного инвертора

Существуют два способа регулирования выходного напряжения инвертора:

1) первым способом является изменение величины напряжения источника питания U ИП;

2) второй способ реализуется с помощью так называемых внутренних средств инвертора, а именно за счет изменения формы выходного напряжения.

Первый способ достаточно прост и требует всего лишь регулируемого источника питания. Суть второго способа заключается в следующем. Для изменения напряжения на выходе инвертора необходимо сдвинуть управляющие импульсы, подаваемые на базы транзисторов VT 2 и VT 4 , относительно управляющих импульсов на VT 1 и VT 3 на угол управления α (рис. 7 ).


stroyew.ru

Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство
Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:
  • Инвертирующие.
  • Повышающие.
  • Понижающие.
Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:
  • Ключевой коммутирующий элемент.
  • Источник питания.
  • Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
  • Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
  • Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

Устройство трансформатора включает следующие элементы:
  • Магнитопровод.
  • Первичная и вторичная обмотка.
  • Каркас для обмоток.
  • Изоляция.
  • Система охлаждения.
  • Другие элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Существуют и другие виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.
  • Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
  • Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
  • В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
  • Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
  • Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
  • В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.
Виды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока:
  • Регуляторы напряжения.
  • Преобразователи уровня напряжения.
  • Линейный стабилизатор напряжения.
Преобразователи переменного тока в постоянный:
  • Импульсные стабилизаторы напряжения.
  • Блоки питания.
  • Выпрямители.
Преобразователи постоянного тока в переменный:
Преобразователи переменного напряжения:
  • Трансформаторы переменной частоты.
  • Преобразователи частоты и формы напряжения.
  • Регуляторы напряжения.
  • Преобразователи напряжения.
  • Трансформаторы разного рода.
Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:
  • На пьезоэлектрических трансформаторах.
  • Автогенераторные.
  • Трансформаторные с импульсным возбуждением.
  • Импульсные источники питания.
  • Импульсные преобразователи.
  • Мультиплексорные.
  • С коммутируемыми конденсаторами.
  • Бестрансформаторные конденсаторные.
Особенности
  • При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
  • Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
  • По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Применение
  • Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6—24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
  • Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
  • Для питания различных цепей;

— автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
— радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

  • Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
  • Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.
Достоинства и недостатки
К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:
  • Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
  • Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
  • Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
  • Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
  • Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
  • Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
  • Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.
К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:
  • Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
  • Занимают некоторое место.
  • Сравнительно высокая цена.
Похожие темы:

electrosam.ru

Работа инверторов и краткий обзор инвертора ПН-1000 — asp24.ru

Инверторы: чистый синус, трансформаторный, модифицированный синус

Инвертором называется прибор, который преобразует постоянное напряжение в переменное. Он позволяет решить проблему питания приборов, которые работают от сети в 220В с постоянным напряжением. На сегодняшний день создаются технологичные приборы, однако в быту используются и более «древние» их аналоги. Поэтому для общего понимания рассмотрим все виды инверторов.

Самым первым прибором для преобразования постоянного напряжения в переменное стал трансформаторный инвертор. Он работает на частоте 50Гц. Источником энергии при этом, как правило, является аккумулятор в 12В, который подключается к трансформатору посредством коммутатора. Последний представляет собой несколько электронных ключей, поддерживающих несколько состояний прибора. Первое – если к обмотке подключен источник питания с положительной полярностью, второе – с отрицательной, третье – если обмотка закорочена.

Изменяя (переключая) состояния прибор создают переменное напряжение заданной частоты и амплитуды (50Гц и 12В). Вторичная обмотка трансформатора создают точно такое же напряжение, но общее или эффективное напряжение остается на уровне 220В. Выходным является напряжение с вторичной обмотки. Именно поэтому ее параметры одинаковы с первичной.

Такой тип работы инверторы называют модифицированной синусоидой. Она широко используется в устройствах для сети 50Гц.

Что такое модифицированная синусоида? Это коэффициент заполнения с амплитуда выходного напряжения, которые показывают отношение периода сигнала и длительность импульса. Параметры длительности и периода задаются еще на стадии сборки и конструирования инвертора, т.е. они постоянны. Амплитудное значение, как правило, выбирается равным значению сети (311В), поскольку прибор заменяет саму сеть в 220В. Коэффициент заполнения принимается равным 0,5, чтобы обеспечить эффективное напряжение.

В инверторе модифицированной синусоиды амплитуда напряжения на выходе прямо пропорциональна напряжению источника питания. Если это аккумулятор, его напряжение снижается, когда прибор разражается. Поэтому амплитуда преобразователя снижается, как и эффективное напряжение на выходе.

Таким образом, для улучшения качества подачи электроэнергии необходимо изменить коэффициент заполнения для поддержания эффективного напряжения на нужном уровне. Например, если устройство рассчитано на работу источника напряжения 12В, оно будет работать от аккумулятора в 10В. На выходе напряжение будет снижаться до 259В. При этом коэффициент заполнения будет равен 0,72 благодаря специальной схеме управления. Тогда эффективное напряжение будет на уровне 220В.

Инвертор модифицированной синусоиды имеет главным элементом трансформатор в 50Гц. Данный тип инвертора трудно поддается модернизации и уменьшению затрат на его обслуживание, поэтому и повысить эффективность такого устройства сложно.

В связи с этим были сконструированы другие инверторы с высокочастотным преобразованием. Через него подключается источник энергии с постоянным напряжением. Посредством преобразователя входное напряжение становится равным амплитуде напряжения в сети, примерно 311В. Соответствие производится через трансформатор, который работает на частоте в разы выше, чем инвертор с модифицированной синусоидой. Поэтому конструкция инвертора с преобразователем меньше, также как и его материалоемкость.

По мере развития отрасли электроники на рынок вышли инверторы, напряжение которых имеет синусоидальную форму. Преобразование электроэнергии производится также посредство высокочастотного преобразователя. Только этот тип инверторов соответствует современным стандартам в энергетике.

Источник энергии подключается точно так же – через преобразователь на входе. На выходе напряжение может быть разным. Все зависит от конструкции устройства, но оно обязательно должно быть выше 331В или амплитудного напряжения.

На выходе напряжение от преобразователя поступает на высокочастотный инвертор, который управляется импульсным преобразователем с понижающим значением. Он на выходе может устанавливать напряжение от 0 до значений напряжения питания, которое по сути больше 311В. Такой тип инвертора держит напряжение на обоих концах по схеме соединительного моста, поэтому оно колеблется между показателями в -311В и +311В, точно также как и в 220В сети.

На каждый канал преобразователя подается свой сигнал системой управления, который с течением времени меняется по закону синуса. На выходах напряжение – это синусоида, которая не имеет постоянной составляющей, его амплитуда равна 331В. Выходное напряжение является стабильным и постоянным и не зависит от напряжения на входе.

Работа инвертора с электроприборами активной нагрузки

Потребители электроэнергии могут иметь сопротивление активного и неактивного характера. Первый тип очень распространен, и к нему можно отнести, как различные виды нагревательных приборов, так и простые осветительные приборы, работающие от лампы накаливания.

Бывают и приборы, сочетающие в себе активную и неактивную нагрузку. Например, обогреватель, имеющий систему контроля температуры. Однако общая нагрузка такого устройства будет ближе к активной.

Для инвертора активная нагрузка является самой простой, поскольку на выходе ток всегда получается ограниченным и поддерживаемым законом Ома. Поэтому для таких потребителей энергии могут быть использованы любые виды инверторов, в том числе и модифицированная синусоида. Плюс ко всему КПД любого инвертора с активной нагрузкой потребителей будет максимальным.

Чтобы работа электроприборов через инвертор была корректной, необходимо чтобы напряжение имело среднеквадратичное значение. В этом случае также все вышеописанные виды инверторов способны выдавать среднеквадратичное напряжение равное напряжению сети 220В.

Единственный важный момент при взаимодействии инвертора и приборов с активной нагрузкой – это напряжение в момент, когда меняется напряжение питания. Если у системы управления имеется подобная функция, то любой из вышеперечисленных типов инверторов может иметь возможность стабильную работу с такими приборами, но все зависит от модели инвертора.

Активные нагрузки могут быть нелинейными или линейными, т.е. иметь меняющееся или постоянное сопротивление. Например, лампа накаливания – это нелинейная активная нагрузка, сопротивление которой отличается в десять раз в зависимости от состояния (холодная или нагретая лампа).

Если инвертор работает с таким электроприбором, может возникнуть кратковременное превышение тока активной нагрузки, в этот момент инвертор может отключиться, поскольку имеет защиту по выходному току и при максимальных его значениях отключается.

По сути все типы инверторов будут работать с такой нагрузкой одинаково, потому что вся разница будет происходить из-за наличия или отсутствия систем защиты, но не из-за вида самого устройства.

Различия в работы инверторов можно найти только благодаря выходному напряжению, проведя его анализ. Например, синусоидальная форма напряжения на выходе имеет только основную гармонику 50Гц, модифицированная – высшие нечетные гармоники повышенной амплитуды. Ток на выходе подвержен тем же законам и повторяет форму, заданную на входе.

На практике увидеть, а точнее услышать разницу в работе инвертора можно по акустическому эффекту, производимому прибором. Он может появляться не только в самом инверторе, но и, например, в потребителе, в проводах, т.е. на любой участке цепи. На слух можно определить гул (низкочастотный шум) от чистого синуса, тембрально звучит модифицированная синусоида (стучит).

Работа инвертора с электроприборами индуктивной нагрузки

Если приборы имеют неактивную, т.е. индуктивную нагрузку или характер сопротивления, то с ними инверторы работают по-другому. К таким приборам относятся электрические двигатели, бытовые насосы, осветительные устройства с балластами и т.д.

В приборах сочетается активная нагрузка и индуктивность. Такое соотношение влияет на выходной ток, который входит из преобразователя инвертора. Описать его можно посредством модели с коэффициентом мощности, определяющим отношение частичной мощности по активной нагрузке к полной мощности.

если нагрузка чисто индуктивная, то этот коэффициент меньше единицы. Поэтому полная мощность будет больше активной, она же, как правило, указана в паспорте или на самом электроприборе как номинальная.

Для инвертора индуктивная (не активная) нагрузка сложнее для работы, так как ток на выходе должен быть распределен между активной мощностью и реактивной. Поэтому энергия в инверторе при работе с такими потребителями теряется значительно больше, нежели при работе с приборами только с активной нагрузкой.

Важность этой составляющей (потери энергии) вытекают как тепловая мощность, т.е. попросту перегрев инвертора. Этот параметр может быть основным для правильной работы прибора.

Разные типы инверторов по-разному работают с индуктивной нагрузкой, поскольку путь напряжения на выходе у приборов разный и захватывает разное количество блоков преобразователя.

Если рассмотреть с этой точки зрения все вышеперечисленные инверторы, то их можно разделить на две группы: одно и двухкаскадные. Трансформаторный инвертор – это однокаскадный прибор. Ток на выходе проходит через всю конструкцию и выходит через трансформатор, ключи и источник напряжения. Все элементы цепи нагреваются, поэтому потери в таких инверторах особенно высоки.

Двухкаскадные инверторы (чистый синус и модифицированная синусоида) имеют одно отличие – внутренний элемент постоянного тока. У всех этих инверторов есть накопитель энергии при выходе преобразователя, поэтому часть реактивного тока пропускается именно через него. Через преобразователь на входе и сам источник входного напряжения протекает меньшая часть переменного тока, тем самым не перегревая соответствующие элементы инвертора. Благодаря наличию накопителя двухкаскадные инверторы имеют больший показатель КПД.

Чтобы потребитель с не активным характером нагрузки работал эффективно, для него важно не только наличие эффективного напряжения на входе, но и среднее его значение за весь временной отрезок работы. Поэтому при работе с разными типами инверторов одни приборы будут работать по максимуму, а другие не так хорошо (лампы тускнеют, вибрации уменьшаются и т.д.)

Чтобы избежать такой неэффективной работы, следует знать, что чистый синус необходим для работы потребителей с активной нагрузкой. Если через модифицированную синусоиду подключить прибор, который должен работать от сети 220В, то его мощность при работе снизится на 15-16%, ток на 9%.

Работа  инвертора с электроприборами емкостной нагрузки

Приборов, которые бы имели только сопротивление емкостного характера, практически не существует. Возможно их применение в качестве законченного единого блока, но чаще всего они являются составной частью других электрических устройств. К таким приборам относятся компенсаторы для электродвигателей и т.п.

Другие нагрузки (активные, индуктивные) уже рассмотрены, поэтому подробнее стоит остановиться на работе инверторов с реальной емкостью. Такая модель представляет собой конденсатор и резистор, которые подключены последовательно. Идеальный конденсатор работает с эмулирующим сопротивление выводов резистором. В итоге, таким образом, учитываются потери.

Если с реальной емкостью работает инвертор чистого синуса, то все процессы будут похожи на работу прибора от 220В. Здесь конденсатор – это чистая реактивная нагрузка, в которой нагрузка циркулирует от сети к инвертору и потребителю по полной мощности, и совсем небольшая ее часть расходится на потери энергии. Полезный эффект также создается реактивной мощностью, а нагревается инвертор из-за активной мощности.

Если инвертор имеет модифицированную синусоиду и через него проводится такая же емкостная нагрузка, то конденсатор будет заряжаться от импульсного напряжения, скорость которого высока, а сопротивление низкое. Отсюда будут велики и потери энергии.

Можно говорить о том, что при работе инвертора с модифицированной синусоидой мощность потерь не будет зависеть от сопротивления, потери будут напрямую зависеть от величины конденсатора.

Работа инверторов чистого синуса и модифицированного синуса с такой нагрузкой приводит к высокому уровню токов и мощности потерь. Такой «симбиоз» нежелателен и для нагрузки, и для инвертора.

Если не разбираться в виде нагрузки, то ее вполне можно определить по акустическому эффекту, который выдает инвертор при работе с ней. Модифицированная синусоида создает достаточно громкие звуковые эффекты, когда инвертор подключен к емкостной нагрузке. Это определяется большими энергетическими потерями и пиковыми токами. На слух работа инвертора воспринимается очень сложно.

Работа инвертора с электроприборами с выпрямителем на входе

Практически вся бытовая электроника с трансформаторным блоком питания имеет выпрямитель на входе. Блок питания может быть и импульсным. Работа такой техники будет очень сильно отличаться при подключении любого типа инвертора. Сложность работы заключается в том же, что и при емкостной нагрузке, а именно, конденсатор будет заряжаться от входного напряжения. Если его скорость будет большой, то и потери будут возрастать, как и при подключении инвертора с модифицированной синусоидой.

Потери энергии будут зависеть от амплитуды напряжения в конденсаторе, а также его емкости. Общие потери при модифицированной синусоиде и нагрузке с входным выпрямителем будут в 3 раза больше, нежели потери энергии при работе с инвертором с чистой синусоидой. Поэтому блок питания будет перегреваться в 3 раза больше, так как инвертору придется выделять в 3 раза больше энергии.

Из всего вышеописанного можно сделать вывод, что подключать бытовые приборы с выпрямителем на входе к инверторам с формой напряжения модифицированной синусоиды нецелесообразно. Приборы могут быстро выйти из строя, так как по большей части не имеют запаса прочности по мощности (трехкратного).

Плюс ко всему акустический эффект при работе инвертора с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды с нагрузкой с выпрямителем на входе также повышен. Звук получается громким и неприятным. Он может исходить от любого элемента цепи (прибора, инвертора, проводов), поэтому определить несоответствие и несочетаемость двух приборов в принципе просто.

СИНУСОИДАЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР ЭНЕРГИЯ ПН-1000

Инвертор Энергия ПН-1000 предназначен для преобразования напряжения 24 вольт постоянного тока в напряжение 220 вольт, 50 герц. Кроме того, в инвертор встроен стабилизатор напряжения с расширенным входным диапазоном, обеспечивающий защиту подключаемого оборудования и электроприборов от нестабильности значений сетевого напряжения, скачков и помех в сети.

Инвертор Энергия ПН-1000 с успехом применяется для обеспечения длительного бесперебойного питания электронных блоков автоматических распашных, откатных, подъёмных ворот, отопительных газовых котлов и другого оборудования, требовательного к качеству электропитания.

Интеллектуальная система зарядки АКБ с режимом тренировки при сульфатации, дает возможность применять в качестве источника питания инвертора обычные автомобильные аккумуляторы (2 шт.). Просто добавляя дополнительные аккумуляторы, можно увеличивать время автономной работы инвертора.

В инверторе Энергия ПН-1000 реализован метод преобразования напряжения, основанный на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), благодаря чему, на выходе инвертора, формируется напряжение с формой идеальной синусоиды.

Выходной силовой трансформатор обеспечивает гальваническую развязку входной и выходной цепей, возможность работы всех видов потребителей с любым коэффициентом мощности, включая чисто реактивную нагрузку, низкий уровень импульсных помех и искажений формы выходного напряжения.

Управление всеми системами и функциями осуществляется ЦПУ, оснащенным микропроцессором типа ПЛИС марки MOTOROLA.

Уровень выходного напряжения инвертора Энергия ПН-500 автоматически поддерживается в пределах от 201В до 239В, что соответствует требованиям ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения» на предельно допустимые значения отклонения напряжения электропитания.

Суммарная полная мощность всех подключаемых к инвертору электроприборов не должна превышать величины 85% максимальной или 100% номинальной мощности прибора, при значениях входного сетевого напряжения в диапазоне от 190 В до 260 В.

В случаях изменения значений входного сетевого напряжения в диапазоне от 160 В до 270 В, суммарная полная мощность всех подключаемых к инвертору электроприборов не должна превышать значения 50% от максимальной мощности инвертора.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  • Марка инвертора: Энергия
  • Вид инвертора: для котла, бытовой
  • Полная мощность: 1000 ВА
  • Активная мощность: 0,6 кВт
  • Преобразование напряжения: 12/220 В-В
  • Тип синусоиды: Чистая
  • Входящее напряжение сети: 155 - 275  В
  • Температура эксплуатации: -5...+40 ˚С 
  • Функция заряда АКБ: Есть
  • Габариты: 350х143х210 мм
  • Вес: 9,4 кг 

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

  1. ЧИСТЫЙ СИНУС. Энергия ПН даёт на выходе синусоидальную (такую же как в розетке) форму напряжения. Поэтому эти инверторы можно не боясь использовать для питания любой, даже дорогостоящей и чувствительной техники.
  2. ВСТРОЕННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР. При питании от сети инвертор Энергия ПН будет не только подзаряжать батареи, но и защищать от перепадов напряжения подключенную к нему технику. Входящий диапазон напряжений – 155В – 275В. Встроенный стабилизатор – релейный, поэтому погрешность может быть до 10%. Это, впрочем, входит в допущения по ГОСТу и не оказывает негативного влияния на большинство бытовой техники.
  3. ФУНКЦИЯ ПОДЗАРЯДКИ АКБ. После того, как напряжение на линии вновь появилось и инвертор переключился на питание от сети, он начинает подзаряжать аккумуляторные батареи, восстанавливать потраченный ресурс. Подзарядка остановится автоматически при полном заряде АКБ.
  4. ЗАЩИТА. Каждый инвертор защищен предохранителем от короткого замыкания и перегрузки. Принудительное охлаждение защищает от перегрева. Также инверторы оснащены предохранителями для защиты АКБ от глубокого разряда, перезаряда и неправильной полярности подключения.
  5. УСТАНОВКА. Модели инверторов Энергия ПН, которые популярны среди владельцев газовых котлов (это ПН мощностями 500, 750 и 1000 ВА), для удобства представлены также в навесном варианте. Модели инверторов остальных мощностей – напольные.

© stabilizator

asp24.ru

виды инверторов и отличия от ББП

Содержание:

  1. Типы инверторов и возможности гибридных устройств
  2. Отличие инвертора от ББП
  3. Различие выходных сигналов
  4. Классификация по количеству фаз
  5. Критерии выбора
  6. Видео

В местностях, расположенных вдали от крупных населенных пунктов, нередко случаются перебои с подачей электроэнергии. В связи с этим, многие владельцы частных домов оборудуют у себя автономные энергетические системы, обеспечивающие независимость от центральных сетей. Некоторые из них не ходят полностью отказываться от централизованного энергоснабжения и применяют смешанные схемы. В подобных случаях солнечные панели и ветровые установки подключаются и работают параллельно с сетями переменного тока 220 В.

Основным элементом таких комплексов является гибридный инвертор, обеспечивающий бесперебойное функционирование системы. Очень многое зависит от правильного выбора модели и ее подключения. Здесь существует достаточно специфических особенностей, которые следует учитывать и в процессе дальнейшей эксплуатации.


Основные типы инверторов и возможности гибридных устройств

Комбинированные устройства, использующие природную энергию и центральные сети, обладают несомненными преимуществами. Основой таких комплексов служит солнечная энергосистема (рис. 1), включающая в себя солнечные панели, аккумулятор и контроллер заряда. Основным элементом является инвертор, преобразующий постоянный ток от солнечных панелей, в переменное напряжение 220 В. Без этого устройства получение природной электроэнергии теряет всякий смысл.

Сами инверторы по своей функциональности условно разделяются на сетевые (рис. 2), автономные (рис. 3) и гибридные (рис. 4).

Сетевые устройства подключаются к общим электрическим сетям. На выходе к преобразователю подсоединяются потребители. Это наиболее простая схема с использованием инвертора и она имеет определенные ограничения. Работа системы становится возможной лишь при наличии в сети переменного тока. Параметры сетевого напряжения должны быть относительно стабильными и соответствовать техническим характеристикам инвертора.

Приборы сетевого типа лучше всего подходят для загородных домов, с электрификацией по так называемому зеленому тарифу. Днем при малых нагрузках приборы и оборудование работают от собственной энергии, а в ночное время питание объекта осуществляется от централизованного электроснабжения.

Автономные системы работают через аккумулятор. Вначале энергия солнечной панели накапливается в батарее, а затем отдается потребителям через инвертор и контроллер МРРТ. Работа от АКБ осуществляется при недостаточной солнечной активности, когда панели не справляются с подключенной нагрузкой. Подобные системы функционируют независимо от центральных сетей переменного тока. Их КПД в отдельных случаях может достигать 90% и выше. Применяются при полном отсутствии электроснабжения или низком качестве поставляемой электроэнергии.

Гибридный солнечный инвертор заметно отличается от сетевых и автономных систем. Он оборудуется специальными электрическими схемами, позволяющими одновременно работать в режиме преобразования и быть подключенными к внешним источникам тока. Питание приборов и оборудования происходит от солнечных панелей и от центральной сети. В этой связке преимущество отводится источнику постоянного тока.

Схемы с использованием гибридных инверторов отличаются следующими преимуществами:

  • Электрическая сеть выступает в роли своеобразного аккумулятора с максимальным КПД. Вся лишняя электроэнергия, вырабатываемая панелями, направляется в центральные сети по специальному тарифу.
  • Бесперебойное питание. Когда подача основной электроэнергии прекращается, система начинает функционировать в автономном режиме, обеспечивая дополнительную защиту от скачков и перепадов напряжения.
  • В периоды пиковых нагрузок лимит мощности можно повысить, добавляя в общую массу энергию, полученную через инвертор и аккумулятор. При падении нагрузки система переходит в режим зарядки, и спустя некоторое время она снова готова к использованию.

Существуют модели многофункциональных инверторов, к которым могут одновременно подключаться несколько линий переменного тока, выполняющих автоматический ввод резерва. Устройства, созданные по высоким технологиям, осуществляют самостоятельную регулировку уровня заряда АКБ.


Отличие инвертора от ББП

Проектируя систему гибридного электроснабжения, необходимо учитывать потенциальные возможности основного инвертора по обеспечению электроэнергией подключаемой нагрузки. Довольно часто данные устройства называют блоками бесперебойного питания (ББП). Однако, несмотря на целый перечень одинаковых функции и задач, это по сути два разных прибора, заметно отличающихся друг от друга.

Дело в том, что ББП является инвертором, в который дополнительно встроено зарядное приспособление. Данный модуль рассчитан на первоочередное расходование электроэнергии, вырабатываемой фотоэлементами, и лишь при ее недостаточном количестве он переключается на сетевое потребление. В ББП отсутствует схема, позволяющая совместно использовать энергию аккумуляторов и электричество центральной сети. Они рассчитаны на раздельное потребление и переключаются между собой при наступлении определенных условий.

Такая эксплуатация в режиме постоянных переключений увеличивает количество циклов зарядки и разрядки аккумуляторной батареи, вызывая ее преждевременный износ. Дешевые блоки бесперебойного питания лишены возможности регулировок значений порогового напряжения.

В гибридных инверторах, используемых вместе с солнечными батареями, отсутствуют все перечисленные недостатки, характерные для ББП. Эти устройства самостоятельно подстраиваются под нужную мощность и могут одновременно функционировать с разными видами источников электроэнергии. Регулировки предусматривают выбор приоритетного потребления и в большинстве случаев эта роль отводится солнечным панелям. Некоторые гибридные модели способны ограничивать мощность, поступающую из центральной сети.


Различие выходных сигналов

Выбирая гибридный инвертор для солнечной системы, следует учитывать тип его выходного сигнала. Он может быть в виде чистой синусоиды, модифицированного синуса и меандровым. Последний вид на практике почти не встречается, поскольку из-за резкой смены полярности возможна неустойчивая и нестабильная работа оборудования. Такие инверторы не защищают от перепадов напряжения, а сам меандровый ток просто не воспринимается большинством электроприборов.

Чистая синусоида относится к категории высококачественных сигналов, которые заметно превосходят форму, характерную для обычного сетевого тока. С их помощью обеспечивается нормальная работа аппаратуры с повышенной чувствительностью – электродвигатели, отопительные котлы, компрессоры, медицинское оборудование. Серьезным недостатком инверторов с чистым синусом считаются их слишком большие размеры и высокая цена. Стоимость этих устройств примерно в два раза выше, чем у менее качественных приборов при одной и той же выходной мощности.

Модифицированная синусоида или квази-синус делает работу некоторых приборов менее эффективной. Такие сигналы способствуют возникновению постороннего шума, помех, а в некоторых случаях оборудование выходит из строя. Подключенные к ним синхронные и асинхронные электродвигатели, трансформаторы низкой частоты и другие агрегаты теряют свою мощность примерно на 20-30%.

Такие потери оборачиваются избыточной тепловой энергией, вызывающей нагрев электроприборов. Инверторы с модифицированным сигналом более дешевые и компактные. Они достаточно эффективно работают с устройствами, у которых отсутствуют индуктивные нагрузки – лампами накаливания, нагревателями и т.д.


Классификация по количеству фаз

Инверторы, применяемые в гибридных системах, классифицируются по количеству фаз и могут быть одно- или трехфазными. Однофазные устройства как правило используются в системах с солнечными панелями со стандартными показателями напряжения в 220 вольт. Через них осуществляется питание бытовых приборов и другого оборудования. Выходное напряжение, подключенное к одной фазе, может колебаться в диапазоне от 210 до 240 В, изменения частоты на выходе составляют 47-55 Гц, а колебания мощности – от 300 Вт до 5 кВт.

Модификации однофазных инверторов работают с различными напряжениями аккумуляторов – 12, 24 и 48 вольт. Нежелательно, чтобы преобразователь работал в критических условиях, на пределе своих возможностей, поэтому его мощность согласовывается с напряжением АКБ или солнечных панелей.

Гибридный инвертор трехфазного типа предусмотрен для работы с соответствующими токами, которые используются для питания трехфазных электродвигателей. Они устанавливаются в производственных цехах и помещениях, на объектах коммерческого назначения. Эти приборы отличает очень высокая мощность – от 3 до 30 кВт и переменное напряжение в широком диапазоне – от 220 до 400 вольт.

Современный рынок электротоваров представлен также комбинированными преобразователями. Как правило, это однофазные приборы, способные синхронизировать выходы со сдвигом фаз. За счет этого становится возможным питание трехфазных нагрузок.


Критерии выбора инвертора

Правильный выбор инверторного оборудования обеспечивает максимально эффективную работу всей системы. Поэтому выбирать устройства следует, руководствуясь определенными критериями, параметрами и техническими характеристиками.

Одним из основных показателей является мощность преобразователя. Его номинал рекомендуется выбирать исходя из наибольшей расчетной нагрузки и ориентировочного времени автономного режима. Следует учитывать и пусковой момент, когда мощность существенно возрастает на короткое время при включении емкостных нагрузок, например, холодильников или стиральных машин. Номинал самого прибора указывается на его корпусе или в технической документации.

Большое значение имеет количество защитных функций. Качественные модели в обязательном порядке оборудуются многоступенчатой защитой от скачков и перепадов напряжения, коротких замыканий, перегрева и других негативных факторов. Крепкий герметичный корпус предохраняет гибридный инвертор от попадания внутрь влаги и пыли. Защитные свойства прибора подтверждаются соответствующей маркировкой.

Следует учитывать диапазон рабочих температур, при которых устройство сможет нормально выполнять свои функции. Особенно это касается моделей, планируемых для использования в неотапливаемых помещениях. Нужно обращать внимание и на вес прибора, поскольку считается, чем выше масса, тем качественнее инвертор. Большой вес указывает на наличие тяжелого, качественного трансформатора.


electric-220.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о