Ce este un invertor de tensiune, cum funcționează, utilizarea unui invertor

Sursele electronice speciale de alimentare numite invertoare sunt folosite pentru a transforma curentul continuu în curent alternativ. Cel mai adesea, un invertor convertește o tensiune DC de o magnitudine într-o tensiune AC de altă magnitudine.

Prin urmare, invertorul este un generator de tensiune în schimbare periodică, în timp ce forma de undă a tensiunii poate fi sinusoidală, aproape sinusoidală sau pulsată... Invertoarele sunt utilizate atât ca dispozitive independente, cât și ca parte a sistemelor de alimentare neîntreruptibilă (UPS).

Ca parte a surselor de energie neîntreruptibilă (UPS), invertoarele permit, de exemplu, să primească energie continuă către sistemele informatice, iar dacă tensiunea dispare brusc în rețea, invertorul va începe imediat să alimenteze computerul cu energie obținută din bateria de rezervă. Cel puțin utilizatorul va avea timp să închidă și să închidă computerul.

Sursele de alimentare neîntreruptibilă mai mari folosesc invertoare mai puternice cu baterii de capacitate mare care pot alimenta în mod autonom consumatorii ore în șir indiferent de rețea, iar când rețeaua revine la normal, UPS-ul va comuta automat consumatorii direct la rețea și bateriile vor începe să se încarce.

Latura tehnică

În tehnologiile moderne de conversie a energiei electrice, invertorul poate acționa doar ca o unitate intermediară, unde funcția sa este de a converti tensiunea printr-o transformare de înaltă frecvență (zeci și sute de kiloherți). Din fericire, astăzi această problemă poate fi rezolvată cu ușurință, deoarece pentru dezvoltarea și proiectarea invertoarelor sunt disponibile atât întrerupătoarele semiconductoare capabile să reziste la curenți de sute de amperi, nuclee magnetice cu parametrii necesari, cât și microcontrolere electronice special concepute pentru invertoare (inclusiv rezonante).

Cerințele pentru invertoare, precum și pentru alte dispozitive de alimentare includ: eficiență ridicată, fiabilitate, dimensiuni și greutate cât mai mici. De asemenea, este necesar ca invertorul să reziste la nivelul permis de armonici mai mari în tensiunea de intrare și să nu creeze un zgomot de impuls inacceptabil de puternic pentru utilizatori.

În sistemele cu surse „verzi” de energie electrică (panouri solare, mori eoliene) pentru a furniza energie electrică direct la rețeaua generală, se folosesc invertoare Grid-Tie, care pot funcționa sincron cu rețeaua industrială.

În timpul funcționării invertorului de tensiune, sursa de tensiune constantă este conectată periodic la circuitul de sarcină cu polaritate variabilă, în timp ce frecvența conexiunilor și durata acestora sunt formate de un semnal de control care vine de la controler.

Controlerul din invertor îndeplinește de obicei mai multe funcții: reglarea tensiunii de ieșire, sincronizarea funcționării întrerupătoarelor cu semiconductori, protejarea circuitului de suprasarcină. În general, invertoarele sunt împărțite în: invertoare de sine stătătoare (invertoare de curent și de tensiune) și invertoare dependente (acționate de rețea, acționate de rețea etc.)

Circuitul invertorului

Comutatoarele semiconductoare ale invertorului sunt controlate de controler și au diode de șunt invers. Tensiunea de ieșire a invertorului, în funcție de puterea curentă a sarcinii, este reglată prin modificarea automată a lățimii impulsului în convertorul de înaltă frecvență, în cel mai simplu caz PWM (modulație pe lățime a impulsului).

Semiundele tensiunii de joasă frecvență de ieșire trebuie să fie simetrice, astfel încât circuitele de sarcină să nu primească în niciun caz o componentă constantă semnificativă (pentru transformatoare acest lucru este deosebit de periculos), pentru aceasta lățimea impulsului blocului LF (în cel mai simplu caz) se face constant .

În controlul comutatoarelor de ieșire ale invertorului, se utilizează un algoritm care asigură o modificare secvențială a structurilor circuitului de putere: direct, scurtcircuit, invers.

Într-un fel sau altul, valoarea instantanee a puterii de sarcină la ieșirea invertorului are caracterul undelor cu frecvență dublă, prin urmare sursa primară trebuie să permită un astfel de mod de funcționare atunci când curg curenții ondulatori prin ea și să reziste la un nivel corespunzător de interferență. (la intrarea invertorului).

Dacă primele invertoare au fost exclusiv mecanice, astăzi există multe opțiuni pentru circuitele invertoare semiconductoare și există doar trei scheme tipice: o punte fără transformator, o împingere cu borna zero a transformatorului, o punte cu un transformator.

Circuitul de punte fără transformator se găsește în sursele de alimentare neîntreruptibile de 500 VA și invertoarele auto. Circuitul de alunecare cu borna neutră a transformatorului este utilizat în UPS-uri de putere redusă (pentru computere) cu o capacitate de până la 500 VA, unde tensiunea bateriei de rezervă este de 12 sau 24 volți. Circuitul de punte cu transformator este utilizat în surse puternice de alimentare neîntreruptibilă (pentru unități și zeci de kVA).

Forma de undă a tensiunii de ieșire

În invertoarele de tensiune dreptunghiulare, un grup de comutatoare cu diodă inversă este comutat la ieșire astfel încât să producă o tensiune alternativă pe sarcină și să ofere un mod de circulație controlat în circuit energie reactivă.

Următoarele sunt responsabile pentru proporționalitatea tensiunii de ieșire: durata relativă a impulsurilor de control sau defazarea dintre semnalele de control ale grupurilor de chei. În modul de circulație necontrolată a puterii reactive, utilizatorul influențează forma și mărimea tensiunii de ieșire a invertorului.

În invertoarele de tensiune cu o ieșire în formă de treaptă, pre-convertorul de înaltă frecvență formează o curbă unipolară de tensiune în trepte, aproximativ aproximându-se ca formă la o undă sinusoidală a cărei perioadă este jumătate din perioada tensiunii de ieșire. Circuitul de punte LF convertește apoi curba pas unipolară în două jumătăți ale unei curbe bipolare care seamănă aproximativ cu o undă sinusoidală.

În invertoarele de tensiune cu o formă sinusoidală (sau aproape sinusoidală) a ieșirii, pre-convertorul de înaltă frecvență generează o tensiune constantă apropiată de amplitudinea viitoarei ieșiri sinusoidale.

Circuitul punte formează apoi o variabilă de joasă frecvență dintr-o tensiune constantă, prin intermediul mai multor PWM-uri, atunci când fiecare pereche de tranzistoare din fiecare jumătate de ciclu de formare a undei sinusoidale de ieșire este deschisă de mai multe ori pentru un timp care variază în funcție de legea armonică. . Un filtru trece-jos extrage apoi un sinus din forma de undă rezultată.

Circuite de preconversie HF în invertoare

Cele mai simple circuite de preconversie de înaltă frecvență din invertoare sunt autogeneratoare. Sunt destul de simple din punct de vedere al implementării tehnice și sunt destul de eficiente la puteri mici (până la 10-20 W) pentru a alimenta sarcini care nu sunt critice pentru procesul de alimentare. Frecvența oscilatoarelor nu este mai mare de 10 kHz.

Feedback-ul pozitiv în astfel de dispozitive se obține prin saturarea circuitului magnetic al transformatorului. Dar pentru invertoarele puternice, astfel de scheme nu sunt acceptabile, deoarece pierderile în comutatoare cresc, iar eficiența este în cele din urmă scăzută.De asemenea, orice scurtcircuit la ieșire întrerupe auto-oscilațiile.

Cele mai bune circuite ale convertoarelor preliminare de înaltă frecvență sunt flyback (până la 150 W), push-pull (până la 500 W), half-bridge și bridge (mai mult de 500 W) ale controlerelor PWM, unde frecvența de conversie ajunge la sute. de kiloherți.

Tipuri de invertoare, moduri de funcționare

Invertoarele de tensiune monofazate sunt împărțite în două grupe: cu o undă sinusoidală pură la ieșire și cu o undă sinusoidală modificată.Majoritatea dispozitivelor moderne permit o formă simplificată a semnalului de rețea (undă sinusoidală modificată).

O undă sinusoidală pură este importantă pentru dispozitivele care au motor electric sau transformator la intrare sau dacă este un dispozitiv special care funcționează doar cu undă sinusoidală pură la intrare.

Invertoarele trifazate sunt utilizate în general pentru a genera curent trifazat pentru motoarele electrice, de exemplu pentru alimentarea cu energie motor asincron trifazat… În acest caz, înfășurările motorului sunt conectate direct la ieșirea invertorului. În ceea ce privește puterea, invertorul este selectat pe baza valorii sale de vârf pentru utilizator.

În general, există trei moduri de funcționare a invertorului: pornire, continuă și suprasarcină. În modul de pornire (încărcarea capacității, pornirea frigiderului) puterea poate dubla valoarea nominală a invertorului într-o fracțiune de secundă, acest lucru este acceptabil pentru majoritatea modelelor. Modul continuu - corespunzător valorii nominale a invertorului. Modul de suprasarcină - când puterea utilizatorului este de 1,3 ori mai mare decât cea nominală - în acest mod, invertorul mediu poate funcționa aproximativ o jumătate de oră.