Какво е инвертор на напрежение, как работи, използването на инвертор

За преобразуване на постоянен ток в променлив ток се използват специални електронни захранващи устройства, наречени инвертори. Най -често инверторът преобразува DC напрежение с една величина в AC напрежение с друга величина.

Поради това, инверторът е генератор на периодично променящо се напрежение, докато формата на вълната на напрежението може да бъде синусоидална, близка до синусоидална или импулсна… Инверторите се използват както като независими устройства, така и като част от системи за непрекъснато захранване (UPS).

Като част от източници на непрекъсваемо захранване (UPS), инверторите позволяват например да получават непрекъснато захранване към компютърни системи и ако напрежението внезапно изчезне в мрежата, инверторът незабавно ще започне да доставя на компютъра енергия, получена от резервното копие батерия. Поне потребителят ще има време да изключи и изключи компютъра.

В по-големите устройства за непрекъснато захранване се използват по-мощни инвертори с батерии с голям капацитет, които могат да захранват автономно потребителите в продължение на часове, независимо от мрежата, а когато мрежата се върне към нормалното, UPS автоматично ще превключи потребителите директно към мрежата и батериите ще започнат да се зареждат.

Техническата страна

В съвременните технологии за преобразуване на електричество инверторът може да действа само като междинно звено, където неговата функция е да преобразува напрежението чрез трансформация с висока честота (десетки и стотици килохерца). За щастие днес този проблем може лесно да бъде решен, тъй като за разработването и проектирането на инвертори и двата полупроводникови превключвателя, способни да издържат на токове от стотици ампера, магнитни ядра с необходимите параметри и електронни микроконтролери, специално проектирани за инвертори (включително резонансни) са налични.

Изискванията за инверторите, както и за други силови устройства, включват: висока ефективност, надеждност, възможно най -малки размери и тегло. Необходимо е също така инверторът да издържа на допустимото ниво на по -високи хармоници във входното напрежение и да не създава неприемливо силен импулсен шум за потребителите.

В системи със «зелени» източници на електроенергия (слънчеви панели, вятърни мелници) за подаване на електроенергия директно в общата мрежа се използват Grid -tie — инвертори, които могат да работят синхронно с индустриалната мрежа.

По време на работата на инвертора на напрежение източникът на постоянно напрежение периодично се свързва към товарната верига с променлива полярност, докато честотата на връзките и тяхната продължителност се формират от управляващ сигнал, който идва от контролера.

Контролерът в инвертора обикновено изпълнява няколко функции: регулиране на изходното напрежение, синхронизиране на работата на полупроводникови превключватели, защита на веригата от претоварване. По принцип инверторите се делят на: самостоятелни инвертори (инвертори за ток и напрежение) и зависими инвертори (задвижвани от мрежа, мрежови и др.)

Инверторна схема

Полупроводниковите превключватели на инвертора се управляват от контролера и имат обратни шунтиращи диоди. Напрежението на изхода на инвертора, в зависимост от текущата мощност на товара, се регулира чрез автоматично промяна на ширината на импулса във високочестотния преобразувател, в най-простия случай PWM (Pulse Width Modulation).

Полувълните на изходното нискочестотно напрежение трябва да са симетрични, така че товарните вериги в никакъв случай да не получават значителен постоянен компонент (за трансформаторите това е особено опасно), за това ширината на импулса на НЧ блока (в най-простия случай ) се прави постоянно.

При управлението на изходните ключове на инвертора се използва алгоритъм, който осигурява последователна промяна в структурите на силовата верига: директно, късо съединение, обратно.

По един или друг начин, стойността на моментната мощност на натоварване на изхода на инвертора има характера на вълни с двойна честота, следователно първичният източник трябва да позволява такъв режим на работа, когато през него протичат пулсационни токове, и да издържа на съответно ниво на смущения (на входа на инвертора).

Ако първите инвертори бяха изключително механични, днес има много възможности за полупроводникови инверторни вериги и има само три типични схеми: мост без трансформатор, натискане с нулева клема на трансформатора, мост с трансформатор.

Мостовата верига без трансформатор се намира в източници на непрекъснато захранване с капацитет 500 VA и в автомобилни инвертори. Плъзгащата се верига с нулева клема на трансформатора се използва в UPS с ниска мощност (за компютри) с капацитет до 500 VA, където напрежението на резервната батерия е 12 или 24 волта. Мостовата верига с трансформатор се използва в мощни източници на непрекъсваемо захранване (за единици и десетки kVA).

Форма на вълната на изходното напрежение

В инверторите за напрежение с правоъгълна форма на изхода се превключва група превключватели с обратни диоди, така че да се получи променливо напрежение върху товара и да се осигури режим на контролирана циркулация във веригата реактивна енергия.

За пропорционалността на изходното напрежение отговарят следните: относителната продължителност на управляващите импулси или фазовото изместване между управляващите сигнали на ключовите групи. При неконтролиран режим на циркулация на реактивна енергия потребителят влияе върху формата и големината на напрежението на изхода на инвертора.

При инвертори на напрежение със стъпаловидна форма на изхода, високочестотният предварителен преобразувател образува еднополюсна стъпалова крива на напрежение, приблизително приближаваща по своята форма до синусоида, чийто период е половината от периода на изходното напрежение. След това веригата на LF моста преобразува еднополюсната стъпаловидна крива в две половини на биполярна крива, която приблизително прилича на синусоидална вълна.

При инвертори на напрежение със синусоидална (или почти синусоидална) форма на изхода високочестотният предварително преобразувател генерира постоянно напрежение, близко по амплитуда на бъдещата синусоида на изхода.

След това мостовата верига образува нискочестотна променлива от постоянно напрежение, посредством множество ШИМ, когато всяка двойка транзистори във всеки полупериод на формиране на изходната синусоида се отваря няколко пъти за време, вариращо според хармоничния закон. След това нискочестотният филтър извлича синус от получената форма.

ВЧ вериги за предварително преобразуване в инвертори

Най-простите високочестотни схеми за предварително преобразуване в инверторите са самогенериращи се. Те са доста прости по отношение на техническото изпълнение и са доста ефективни при ниски мощности (до 10-20 W), за да доставят натоварвания, които не са от решаващо значение за процеса на доставка на енергия. Честотата на осцилаторите е не повече от 10 kHz.

Положителна обратна връзка в такива устройства се получава от насищане на магнитната верига трансформатор. Но за мощни инвертори такива схеми не са приемливи, тъй като загубите в ключовете се увеличават, а ефективността в крайна сметка е ниска. Освен това всяко късо съединение на изхода прекъсва автоколебанията.

По-добрите схеми на предварителните високочестотни преобразуватели са флайбек (до 150 W), push-pull (до 500 W), полумост и мост (повече от 500 W) на PWM контролери, където честотата на преобразуване достига стотици килохерца .

Видове инвертори, режими на работа

Еднофазните инвертори на напрежение са разделени на две групи: с чиста синусоида на изхода и с модифицирана синусоида.Повечето съвременни устройства позволяват опростена форма на мрежовия сигнал (модифицирана синусоида).

Чистата синусоида е важна за устройства, които имат електрически двигател или трансформатор на входа, или ако това е специално устройство, което работи само с чиста синусоида на входа.

Трифазните инвертори обикновено се използват за генериране на трифазен ток за електрически двигатели, например за захранване трифазен асинхронен двигател… В този случай намотките на двигателя са директно свързани към изхода на инвертора. По отношение на мощността, инверторът се избира въз основа на пиковата му стойност за потребителя.

Като цяло има три режима на работа на инвертора: стартиране, непрекъснато и претоварване. В режим на стартиране (зареждане на капацитета, стартиране на хладилника) мощността може да удвои номинала на инвертора за част от секундата, това е допустимо за повечето модели. Непрекъснат режим — съответстващ на номиналната стойност на инвертора. Режим на претоварване — когато мощността на потребителя е 1,3 пъти номиналната — в този режим средният инвертор може да работи за около половин час.