Mi a feszültséginverter, hogyan működik, az inverter használata

Az egyenáram váltóárammá alakítására speciális elektronikus tápegységeket, úgynevezett invertereket használnak. Leggyakrabban az inverter egy nagyságú egyenfeszültséget egy másik nagyságú váltakozó feszültséggé alakít át.

Ezért az inverter egy periodikusan változó feszültség generátora, míg a feszültség hullámalakja lehet szinuszos, közel szinuszos vagy impulzusos... Az invertereket önálló eszközként és szünetmentes tápegységek (UPS) részeként is használják.

A szünetmentes áramforrások (UPS) részeként az inverterek lehetővé teszik például a számítógépes rendszerek folyamatos áramellátását, és ha a feszültség hirtelen megszűnik a hálózatban, az inverter azonnal elkezdi ellátni a számítógépet a tartalék akkumulátorból nyert energiával. A felhasználónak legalább lesz ideje kikapcsolni és kikapcsolni a számítógépet.

A nagyobb szünetmentes tápegységek nagyobb teljesítményű invertereket használnak nagy kapacitású akkumulátorokkal, amelyek a hálózattól függetlenül akár órákon keresztül is képesek önállóan ellátni a fogyasztókat, és amikor a hálózat visszatér a normál állapotba, az UPS automatikusan közvetlenül a hálózatra kapcsolja a fogyasztókat, és megkezdődik az akkumulátorok töltése.

A technikai oldal

A modern villamosenergia-átalakítási technológiákban az inverter csak köztes egységként működhet, ahol a feladata a feszültség átalakítása nagyfrekvenciás (tíz és száz kilohertzes) transzformációval. Szerencsére ma már ez a probléma könnyen megoldható, ugyanis az inverterek fejlesztéséhez és tervezéséhez egyaránt rendelkezésre állnak több száz amperes áramot is elviselni képes félvezető kapcsolók, a szükséges paraméterekkel rendelkező mágneses magok és kifejezetten inverterekhez (beleértve a rezonanciát is) tervezett elektronikus mikrokontrollerek.

Az inverterekkel, valamint más erősáramú eszközökkel szemben támasztott követelmények a következők: nagy hatásfok, megbízhatóság, a lehető legkisebb méretek és tömeg. Az is szükséges, hogy az inverter kibírja a bemeneti feszültség magasabb harmonikusainak megengedett szintjét, és ne keltsen elfogadhatatlanul erős impulzuszajt a felhasználók számára.

Azokban a rendszerekben, amelyek "zöld" villamosenergia-forrásokkal (napelemek, szélmalmok) biztosítanak villamos energiát közvetlenül az általános hálózathoz, Grid-tie invertereket használnak, amelyek szinkronban működhetnek az ipari hálózattal.

A feszültséginverter működése során az állandó feszültségforrást időszakosan változó polaritással kapcsolják a terhelőáramkörre, míg a bekötések frekvenciáját és időtartamát a vezérlőtől érkező vezérlőjel alakítja ki.

Az inverterben lévő vezérlő általában több funkciót lát el: szabályozza a kimeneti feszültséget, szinkronizálja a félvezető kapcsolók működését, védi az áramkört a túlterheléstől. Az invertereket általában a következőkre osztják: önálló inverterek (áram- és feszültséginverterek) és függő inverterek (hálózati vezérlésű, hálózatvezérelt stb.)

Inverter áramkör

Az inverter félvezető kapcsolóit a vezérlő vezérli, és fordított sönt diódákkal rendelkeznek. Az inverter kimeneti feszültsége a terhelés aktuális teljesítményétől függően a legegyszerűbb esetben a nagyfrekvenciás konverterben az impulzusszélesség automatikus változtatásával kerül beállításra. PWM (impulzusszélesség-moduláció).

A kimenő kisfrekvenciás feszültség félhullámainak szimmetrikusnak kell lenniük, hogy a terhelési áramkörök semmi esetre se kapjanak jelentős állandó komponenst (transzformátoroknál ez különösen veszélyes), ehhez az LF blokk impulzusszélessége (a legegyszerűbb eset) állandóvá válik .

Az inverter kimeneti kapcsolóinak vezérlésében olyan algoritmust használnak, amely biztosítja az áramkör szerkezetének szekvenciális megváltoztatását: közvetlen, rövidzárlat, fordított.

Így vagy úgy, a pillanatnyi terhelési teljesítmény értéke az inverter kimenetén kettős frekvenciájú hullámok, ezért az elsődleges forrásnak lehetővé kell tennie ezt a működési módot, amikor hullámos áram folyik át rajta, és ki kell bírnia a megfelelő szintű interferenciát. (az inverter bemenetén).

Ha az első inverterek kizárólag mechanikusak voltak, ma már számos lehetőség létezik a félvezető inverteres áramkörökre, és csak három tipikus séma létezik: transzformátor nélküli híd, a transzformátor nulla kivezetésével történő nyomás, transzformátoros híd.

A transzformátor nélküli hídáramkör az 500 VA szünetmentes tápegységekben és az autóipari inverterekben található. A transzformátor nullapólusú csúszó áramkörét kis teljesítményű szünetmentes tápegységekben (számítógépekhez) használják, legfeljebb 500 VA kapacitással, ahol a tartalék akkumulátor feszültsége 12 vagy 24 volt. A transzformátorral ellátott hídáramkört a szünetmentes tápegység erőteljes forrásaiban használják (egységekhez és több tíz kVA-hoz).

Kimeneti feszültség hullámforma

A téglalap alakú feszültséginvertereknél egy csoport fordított dióda kapcsolót kapcsol a kimeneten, hogy váltakozó feszültséget hozzon létre a terhelésen, és szabályozott keringési módot biztosítson az áramkörben. reaktív energia.

A kimenő feszültség arányosságáért felelősek: a vezérlőimpulzusok relatív időtartama vagy a billentyűcsoportok vezérlőjelei közötti fáziseltolódás. Szabályozatlan meddőteljesítmény cirkulációs üzemmódban a felhasználó befolyásolja az inverter kimeneti feszültségének alakját és nagyságát.

A lépcsős kimenetű feszültséginverterekben a nagyfrekvenciás előátalakító egy unipoláris lépcsős feszültséggörbét alkot, amely megközelítőleg egy szinuszhullámhoz közelít, amelynek periódusa a kimeneti feszültség periódusának fele. Az LF hídáramkör ezután az egypólusú lépésgörbét egy bipoláris görbe két felére alakítja, amely nagyjából egy szinuszos hullámhoz hasonlít.

A szinuszos (vagy közel szinuszos) kimenetű feszültséginverterekben a nagyfrekvenciás előátalakító a jövőbeni szinuszos kimenethez közeli amplitúdójú állandó feszültséget állít elő.

A hídáramkör ezután állandó feszültségből, több PWM segítségével kisfrekvenciás változót képez, amikor a kimenő szinuszhullám kialakulásának minden félciklusában minden tranzisztorpárt többször kinyitnak a harmonikus törvénytől függően változó időtartamra. . Egy aluláteresztő szűrő ezután szinust von ki a kapott hullámformából.

HF előkonverter áramkörök inverterekben

Az inverterek legegyszerűbb nagyfrekvenciás előkonverziós áramkörei öngenerálóak. Meglehetősen egyszerűek a műszaki megvalósítást illetően, és alacsony teljesítményen (10-20 W-ig) meglehetősen hatékonyak az áramellátási folyamat szempontjából nem kritikus terhelések ellátására. Az oszcillátorok frekvenciája nem haladja meg a 10 kHz-et.

Az ilyen eszközökben a pozitív visszacsatolás a transzformátor mágneses áramkörének telítésével érhető el. Az erős inverterek esetében azonban az ilyen sémák nem elfogadhatók, mivel a kapcsolók veszteségei nőnek, és a hatékonyság végül alacsony.Ezenkívül a kimeneten bármilyen rövidzárlat megszakítja az önrezgéseket.

Az előzetes nagyfrekvenciás átalakítók jobb áramkörei a flyback (150 W-ig), a push-pull (500 W-ig), a félhíd és a híd (több mint 500 W) PWM vezérlők, ahol az átalakítási frekvencia eléri a százakat. kilohertzből.

Az inverterek típusai, működési módok

Az egyfázisú feszültséginverterek két csoportra oszthatók: a kimeneten tiszta szinuszhullámmal és módosított szinuszhullámmal A legtöbb modern készülék lehetővé teszi a hálózati jel egyszerűsített formáját (módosított szinuszhullám).

A tiszta szinuszhullám fontos azoknál az eszközöknél, amelyek bemenetén villanymotor vagy transzformátor van, vagy ha egy speciális eszközről van szó, amely csak tiszta szinuszhullámmal működik a bemeneten.

A háromfázisú invertereket általában elektromos motorok háromfázisú áramának előállítására használják, például tápellátáshoz háromfázisú aszinkron motor… Ebben az esetben a motortekercsek közvetlenül az inverter kimenetére csatlakoznak. A teljesítmény szempontjából az invertert a felhasználó számára elért csúcsértéke alapján választják ki.

Az inverternek általában három üzemmódja van: indítás, folyamatos és túlterhelés. Indítási módban (kapacitás töltése, hűtőszekrény indítása) a teljesítmény a másodperc töredéke alatt megduplázhatja az inverter névleges értékét, ez a legtöbb modellnél elfogadható. Folyamatos üzemmód - az inverter névleges értékének megfelelően. Túlterhelési mód – amikor a felhasználó teljesítménye a névleges teljesítmény 1,3-szorosa – ebben az üzemmódban az átlagos inverter körülbelül fél órát tud működni.