Hvad er en spændingsomformer, hvordan virker den, brugen af ​​en inverter

Specielle elektroniske strømforsyninger kaldet invertere bruges til at omdanne jævnstrøm til vekselstrøm. Oftest konverterer en inverter en DC-spænding af én størrelsesorden til en AC-spænding af en anden størrelsesorden.

Derfor er inverteren en generator af periodisk skiftende spænding, mens spændingsbølgeformen kan være sinusformet, næsten sinusformet eller pulseret... Invertere bruges både som selvstændige enheder og som en del af uninterruptible power supply systems (UPS).

Som en del af uninterruptible power sources (UPS) giver invertere eksempelvis mulighed for at modtage kontinuerlig strøm til computersystemer, og hvis spændingen pludselig forsvinder i netværket, vil inverteren straks begynde at forsyne computeren med energi hentet fra backup-batteriet. I det mindste vil brugeren have tid til at slukke og slukke for computeren.

Større uafbrydelige strømforsyninger bruger kraftigere invertere med batterier med stor kapacitet, der autonomt kan strømforsyne forbrugere i timevis uanset nettet, og når nettet vender tilbage til det normale, vil UPS'en automatisk skifte forbrugerne direkte til lysnettet, og batterierne begynder at oplade.

Den tekniske side

I moderne elkonverteringsteknologier kan vekselretteren kun fungere som en mellemenhed, hvor dens funktion er at konvertere spændingen gennem en højfrekvent transformation (tiere og hundreder af kilohertz). Heldigvis kan dette problem i dag let løses, for til udvikling og design af invertere er både halvlederkontakter, der er i stand til at modstå strømme på hundredvis af ampere, magnetiske kerner med de nødvendige parametre og elektroniske mikrocontrollere specielt designet til invertere (inklusive resonans) til rådighed.

Kravene til invertere såvel som til andre strømenheder omfatter: høj effektivitet, pålidelighed, de mindst mulige dimensioner og vægt. Det er også nødvendigt, at inverteren modstår det tilladte niveau af højere harmoniske i indgangsspændingen og ikke skaber uacceptabelt høj impulsstøj for brugerne.

I systemer med "grønne" kilder til elektricitet (solpaneler, vindmøller) til at levere elektricitet direkte til det generelle net, anvendes Grid-tie invertere, som kan arbejde synkront med det industrielle net.

Under driften af ​​spændingsomformeren er konstantspændingskilden periodisk forbundet med belastningskredsløbet med variabel polaritet, mens frekvensen af ​​forbindelserne og deres varighed dannes af et styresignal, der kommer fra controlleren.

Regulatoren i inverteren udfører normalt flere funktioner: regulering af udgangsspændingen, synkronisering af driften af ​​halvlederkontakter, beskyttelse af kredsløbet mod overbelastning. Generelt er invertere opdelt i: Stand-alone invertere (strøm- og spændingsinvertere) og afhængige invertere (netdrevne, netdrevne osv.)

Inverter kredsløb

Inverterens halvlederkontakter styres af controlleren og har reverse shuntdioder. Inverterens udgangsspænding, afhængigt af belastningens aktuelle effekt, justeres ved automatisk at ændre pulsbredden i højfrekvensomformeren, i det enkleste tilfælde PWM (Pulse Width Modulation).

Halvbølgerne af udgangs-lavfrekvent spænding skal være symmetriske, således at belastningskredsløbene ikke under alle omstændigheder modtager en signifikant konstant komponent (for transformere er dette særligt farligt), for dette er impulsbredden af ​​LF-blokken (i simpleste tilfælde) gøres konstant .

I styringen af ​​inverterens udgangskontakter anvendes en algoritme, der sikrer en sekventiel ændring i strømkredsløbets strukturer: direkte, kortslutning, omvendt.

På den ene eller anden måde har den øjeblikkelige belastningseffektværdi ved vekselretterens udgang karakter af dobbeltfrekvente bølger, derfor skal den primære kilde tillade en sådan driftsform, når krusningsstrømme løber gennem den, og modstå et tilsvarende interferensniveau (ved inverterens indgang).

Hvis de første invertere udelukkende var mekaniske, er der i dag mange muligheder for halvlederinverterkredsløb, og der er kun tre typiske skemaer: en bro uden en transformer, et tryk med transformatorens nulterminal, en bro med en transformer.

Det transformerløse brokredsløb findes i 500 VA uafbrydelige strømforsyninger og invertere til biler. Glidekredsløbet med transformatorens neutrale terminal bruges i laveffekt UPS (til computere) med en kapacitet på op til 500 VA, hvor backup-batterispændingen er 12 eller 24 volt. Brokredsløbet med en transformer bruges i kraftfulde kilder til uafbrydelig strømforsyning (til enheder og titusinder af kVA).

Udgangsspændingsbølgeform

I rektangulære spændingsomformere omskiftes en gruppe af omvendte diodekontakter ved udgangen for at producere en vekselspænding over belastningen og give en kontrolleret cirkulationstilstand i kredsløbet reaktiv energi.

Følgende er ansvarlige for proportionaliteten af ​​udgangsspændingen: den relative varighed af styreimpulserne eller faseforskydningen mellem nøglegruppernes styresignaler. I ukontrolleret reaktiv effektcirkulationstilstand påvirker brugeren formen og størrelsen af ​​inverterens udgangsspænding.

I spændingsomformere med en trinformet udgang danner den højfrekvente forkonverter en unipolær trinspændingskurve, der tilnærmelsesvis i form tilnærmer sig en sinusbølge, hvis periode er halvdelen af ​​perioden af ​​udgangsspændingen. LF-brokredsløbet konverterer derefter den unipolære trinkurve til to halvdele af en bipolær kurve, der omtrent ligner en sinusbølge.

I spændingsomformere med en sinusformet (eller næsten sinusformet) udgangsform genererer højfrekvente forkonverteren en konstant spænding tæt i amplitude på den fremtidige sinusformede udgang.

Brokredsløbet danner derefter en lavfrekvent variabel ud fra en konstant spænding ved hjælp af flere PWM'er, når hvert par transistorer i hver halve cyklus af dannelse af outputsinusbølgen åbnes flere gange i en tid, der varierer i henhold til den harmoniske lov . Et lavpasfilter ekstraherer derefter en sinus fra den resulterende bølgeform.

HF forkonverteringskredsløb i invertere

De enkleste højfrekvente forkonverteringskredsløb i invertere er selvgenererende. De er ret enkle med hensyn til teknisk implementering og er ret effektive ved lav effekt (op til 10-20 W) til at levere belastninger, der ikke er kritiske for strømforsyningsprocessen. Frekvensen af ​​oscillatorerne er ikke mere end 10 kHz.

Positiv feedback i sådanne enheder opnås ved at mætte transformatorens magnetiske kredsløb. Men for kraftige invertere er sådanne ordninger ikke acceptable, da tabene i switchene stiger, og effektiviteten i sidste ende er lav.Enhver kortslutning ved udgangen afbryder også selvsvingningerne.

De bedre kredsløb i de foreløbige højfrekvensomformere er flyback (op til 150 W), push-pull (op til 500 W), halvbro og bro (mere end 500 W) af PWM-controllere, hvor konverteringsfrekvensen når hundredvis af kilohertz.

Typer af invertere, driftsformer

Enkeltfasede spændingsomformere er opdelt i to grupper: med en ren sinusbølge ved udgangen og med en modificeret sinusbølge De fleste moderne enheder tillader en forenklet form af netværkssignalet (modificeret sinusbølge).

En ren sinusbølge er vigtig for enheder, der har en elektrisk motor eller transformer ved indgangen, eller hvis det er en speciel enhed, der kun fungerer med en ren sinusbølge ved indgangen.

Trefasede invertere bruges generelt til at generere trefasestrøm til elektriske motorer, for eksempel til strømforsyning trefaset asynkronmotor… I dette tilfælde er motorviklingerne direkte forbundet til inverterudgangen. Med hensyn til effekt vælges inverteren ud fra dens spidsværdi for brugeren.

Generelt er der tre driftsformer for inverteren: start, kontinuerlig og overbelastning. I opstartstilstanden (opladning af kapaciteten, start af køleskabet) kan strømmen fordoble inverterens rating på en brøkdel af et sekund, dette er acceptabelt for de fleste modeller. Kontinuerlig tilstand - svarende til inverterens nominelle værdi. Overbelastningstilstand - når brugerens effekt er 1,3 gange den nominelle - i denne tilstand kan den gennemsnitlige inverter arbejde i omkring en halv time.