Инвертор что это: Что такое инвертор: принцип работы, разновидности и области применения

Содержание

Инверторный электрогенератор: идеальная синусоида напряжения | Электрогенераторы | Блог

Инверторные электрогенераторы завоевывают все большую популярность. Оно и понятно — их ассортимент увеличивается, а стоимость приближается к обычным генераторам. Об их преимуществах над классическими наслышаны многие, кто хоть немного интересовался автономными электростанциями. Так в чем же заключаются их достоинства и насколько они хороши на самом деле?

Инверторный электрогенератор — что это?

В основе электрогенераторов положен принцип выработки электрической энергии за счет преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую путем вращения генератора переменного тока — альтернатора.

В бытовых моделях чаще всего применяют синхронные генераторы переменного тока. Генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены обмотки, с которых снимается вырабатываемое генератором переменное напряжение. На роторе же — несколько полюсов с магнитами. Это могут быть как электромагниты, так и постоянные магниты, например, мощные неодимовые. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, которое пронизывает обмотку статора, в результате чего в последней появляется электродвижущая сила, или, проще говоря, напряжение.

Схема классического электрогенераторабез инверторной технологии

Что же такое инверторные электростанции? Инвертор — это электронное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, в инверторных электростанциях выходное переменное напряжение получают не напрямую от генератора переменного тока, а от инверторного преобразователя. Но пытливый читатель, вероятно, заметил, что инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А где же его взять, если с обмоток статора снимается переменное напряжение? Все правильно, от генератора переменного тока получается переменное напряжение. Для получения же постоянного напряжения используют выпрямители.

Схема электрогенератора с использованиемнезависимого формирователя выходного напряжения

Если в электростанции отсутствует инверторный преобразователь (далее будем называть такие электростанции классическими), то необходимое напряжение снимается напрямую с обмоток статора.

Зачем же так все усложнять, если можно просто подключить необходимое электрооборудование к обмотке статора генератора переменного тока и завести двигатель. На то есть, как минимум, три веские причины:

  1. Требуется не абы какое переменное напряжение, а с вполне определенными контролируемыми характеристиками.
  2. А еще требуется легкое и компактное устройство в целом.
  3. И было бы очень неплохо, чтобы это устройство поглощало как можно меньше горючего.

Думается, что эти причины стоят того, что бы немного заморочиться. Начнем с самого важного — характеристик переменного напряжения, требуемого для питания электроприборов.

Характеристики переменного напряжения

Какими же характеристиками должен обладать электрический ток, получаемый от автономной электростанции?

Пойдем простым логическим путем — если к электростанции планируется подключать бытовые электроприборы, то электрическое напряжение, получаемое от автономной электростанции, должно иметь те же характеристики, что и напряжение в обычной розетке.

Согласно ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения», основные характеристики напряжения в бытовой электросети должны удовлетворять следующим значениям:

  • номинальное значение напряжения — 220 Вольт,
  • допустимое отклонение от номинального напряжения — ±10%,
  • номинальное значение частоты напряжения — 50 Гц,
  • допустимое отклонение частоты — ±5 Гц (для автономных систем электроснабжения).

Форма напряжения должна быть синусоидальной с минимальными искажениями. «Качество» синуса определяется уровнем гармонических искажений.

Допустимый уровень гармонических искажений по напряжению не должен превышать 8 %. Зачастую именно искажения формы напряжения, которую выдают автономные электростанции, является причиной плохой работы, а то и вовсе неработоспособности подключаемого электрооборудования.

Синусоидальный сигнал «высокого качества» можно посмотреть на экране осциллографа, подключив его к выходу специального генератора сигналов, который предназначен для тестирования различных устройств.

Синусоидальный сигнал частотой 50 Гц на экране осциллографа Hantek DSO5202P, полученный со специального генератора сигналов

Можно оценить и частотный спектр этого сигнала. Например, используя программу SpectraPlus и звуковую карту Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio SB0790, можно получить вот такой график и значение коэффициента гармоник, которое в данном случае не превышает 0,03 %.

Частотный спектр сигнала, полученного со специального генератора

С точки зрения ценителей хорошего звука данную форму напряжения нельзя назвать идеальной, а вот инженер-электрик наверняка посчитает такую форму напряжения образцовой.

Некоторые электронные приборы и электрооборудование допускают электропитание с худшими характеристиками, чем указано в ГОСТе, но если требуется «универсальный» электрогенератор, к которому можно было бы подключать любые устройства, не задумываясь о последствиях, то характеристики его напряжения должны быть максимально приближены к требованиям ГОСТа.

А что творится в обычной розетке?

Чтобы понимать, о чем идет речь и какие в реальности основные параметры напряжения в бытовой электросети, были проведены их измерения.

Форма напряжения частотой 50 Гц в бытовой электросети

Спектр напряжения в бытовой электросети

По результатам измерений коэффициент гармоник (уровень гармонических искажений) по напряжению в бытовой электросети составил около 3.4 %, что полностью укладывается в требования ГОСТа. Изменения напряжения в течение двух часов не превышали допуски, указанные в ГОСТ.

Изменение напряжения в бытовой электросети в течение двух часов

Изменения частоты напряжения в бытовой электросети минимальны и не превышают 0,05 Гц.

Изменение частоты напряжения в бытовой электросети в течение 1 часа

Такая точность необходима в большей степени для синхронизации промышленных электрогенераторов, установленных на ТЭЦ, ГЭС, АЭС и прочих электростанциях. Для бытовых потребителей электроэнергии такая точность, как правило, избыточна. Поэтому в ГОСТе отдельно указаны допуски на отклонение частоты для автономных систем электроснабжения, значения которых составляют ±5 Гц.

С качеством электрической энергии разобрались, вернемся к электрогенераторам.

Классическая автономная электростанция

Для того, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками, в классической электростанции необходимо выполнить несколько условий.

У синхронных генераторов частота выходного напряжения пропорциональна частоте вращения ротора. Если вращать ротор со скоростью 1500 оборотов в минуту, то на выходе получим напряжение частотой 50 Гц. При этом ротор должен быть двухполюсным, то есть иметь два магнита, закрепленных на противоположных сторонах оси ротора. Для двигателя внутреннего сгорания 1500 об/мин — это оптимальное значение, поэтому ось ротора напрямую соединяется с осью коленчатого вала двигателя. Теперь требуется тщательно следить за оборотами двигателя и поддерживать их на заданном уровне для обеспечения стабильной частоты получаемого переменного напряжения.

Нужную частоту получили, теперь разберемся с напряжением на выходе. Альтернатор, по сути, является источником тока, а не напряжения, поэтому выходное напряжение при условии постоянства оборотов будет зависеть от величины нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше напряжение.

А еще выходное напряжение зависит от величины вращающегося магнитного поля, которое создают магниты на роторе. Силу магнитного поля можно менять, если установить на роторе электромагниты. Теперь, меняя ток в обмотках электромагнитов, можно регулировать выходное напряжение альтернатора. Так как ротор вращается, то для подачи тока в его обмотки применяют скользящие контакты — щетки. Устройство, которое поддерживает выходное напряжение генератора на уровне 220–230 В путем непрерывной регулировки тока в обмотках ротора, называется автоматическим регулятором напряжения (automatic voltage regulator — AVR). Без AVR синхронные генераторы в автономных электростанциях не применяются. Данные устройства чаще всего устанавливаются в корпусе альтернатора и выглядят примерно так.

Автоматический регулятор напряжения (AVR)

А вот так выглядит типичный альтернатор, установленный на классической автономной электростанции.

Типичный синхронный альтернатор мощностью 2,2 кВт. Сверху со снятой задней крышкой и демонтированным AVR, снизу вид сбоку с ориентировочными размерами

Как видно на фото, конструкция довольно громоздкая. Альтернатор сопоставим по размерам с применяемым двигателем внутреннего сгорания. При частоте выходного напряжения в 50 Гц и используемому принципу поддержания выходного напряжения на должном уровне уменьшить габариты альтернатора практически не возможно.

Характеристики напряжения в классическом электрогенераторе

Форма выходного напряжения классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.

Нагрузка 100 Вт                      Нагрузка 900 Вт                   Нагрузка 1700 Вт

Форма выходного напряжения на выходе классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт

Нетрудно заметить, что форма напряжения отличается от «идеальной» синусоиды. Частотные спектры сигналов и значения коэффициента гармоник показаны ниже на графиках.

Нагрузка 100 Вт                                       Нагрузка 900 Вт

Нагрузка 1700 Вт

При мощностях нагрузки 900 и 1700 Вт коэффициент гармоник превышает требования ГОСТа.

Далее показана зависимость выходного напряжения от величины нагрузки.

Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки

Что интересно, при увеличении нагрузки выходное напряжение генератора даже немного повышается. Это особенности работы AVR. В целом значение выходного напряжения достаточно стабильно. Тут некоторую озабоченность вызывают кратковременные всплески напряжения в моменты подключения нагрузки. Особенно это заметно, если к ненагруженному генератору сразу подключить довольно мощную нагрузку. В данном случае в момент подключении к генератору нагрузки в 1700 Вт сразу наблюдается провал напряжения на 9-10 вольт, затем кратковременный подъем на 11-12 вольт. Это результат работы системы AVR и системы автоматического поддержания оборотов двигателя, которые имеют естественную инерционность и не могут мгновенно производить регулировку.

А вот так меняется частота выходного напряжения при подключении нагрузки разной мощности.

Зависимость частоты выходного напряжения от величины нагрузки

При работе электростанции без нагрузки или при малой нагрузке частота напряжения немного завышена относительно номинального значения (50 Гц), это сделано умышлено, так как при номинальной нагрузке обороты двигателя в любом случае упадут даже при задействованной автоматической регулировке оборотов. А для электрооборудования незначительное повышение частоты питающего напряжения менее вредно, чем ее понижение, в особенности для устройств с трансформаторным питанием. При снижении частоты у трансформаторов увеличивается ток холостого хода, а значит и нагрев.

Как бы то ни было, характеристики напряжения исследуемой классической электростанции вполне удовлетворяют требованиям ГОСТа, за исключением гармонических искажений выходного напряжения. Но для большинства оборудования это вполне допустимо.

Инверторная автономная электростанция

В инверторных электростанциях тоже используется синхронный генератор переменного тока. Но его конструкция отличается от тех, которые используются в классических электростанциях.

Какие же требования предъявляются к генератору переменного тока инверторной электростанции, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками? А требования эти очень лояльные, так как формированием нужных характеристик выходного напряжения занимается инверторный преобразователь, а не альтернатор. В этом и кроется ключевое отличие инверторных электростанций от классических.

Самое интересное заключается в том, что становится не важно, какая частота напряжения будет на выходе альтернатора, так как напряжение будет преобразовано в постоянное, а у него частота как параметр отсутствует в принципе. Это дает возможность применения многополюсного генератора с внешним ротором, обмотки которого работают на повышенной частоте (примерно 400–6

Инвертор – что это такое: все о сварочных инверторах

Инвертор, пришедший на смену обычным сварочным трансформаторам, – это современное электронное устройство, характеристики которого позволяют использовать его для выполнения сварочных работ по различным технологиям. Кроме основных характеристик, свойственных сварочным аппаратам трансформаторного типа, инверторы обладают и рядом дополнительных возможностей, что делает их использование более удобным и значительно расширяет их технические возможности. Благодаря этому такое оборудование одинаково успешно может быть использовано как в производственных, так и домашних условиях.

Инвертор сварочный «Сварог» ARC-200

Как работает сварочный аппарат инверторного типа

Инвертор благодаря своим техническим характеристикам может применяться для выполнения сварки электродами различных типов. Отличают такой аппарат компактные размеры, а также легкий вес, что делает его очень мобильным, в отличие от тяжелых и крупногабаритных трансформаторов. Удобно и то, что такой сварочник может вырабатывать как постоянный, так и переменный ток.

Для того чтобы понять, какими преимуществами обладает инвертор, необходимо разобраться в том, как он работает. В основу работы этого аппарата, который начал приобретать массовую популярность только в начале XXI века, заложен совершенно иной принцип в сравнении с функционированием обычного сварочного трансформатора.

Принципиальная схема сварочного инвертора «Дуга-200» (нажмите для увеличения)

Переменный ток, подаваемый на инвертор из обычной электрической сети, сначала выпрямляется, проходя через диодный мост, которым оснащена электрическая схема устройства.

После выпрямления уже постоянный ток поступает на силовые транзисторы, которые преобразуют его обратно в переменный, но обладающий повышенной частотой. Чтобы снизить величину напряжения высокочастотного переменного тока и получить сварочный ток требуемой силы, в электрической схеме инвертора используется трансформатор.

Поскольку понижение напряжения высокочастотного тока осуществляется не по такому принципу, как в обычном сварочном аппарате, для этого нет необходимости использовать габаритные трансформаторы, вполне достаточно компактного устройства. После понижения напряжения и увеличения силы тока до требуемой величины его подают на выходной выпрямитель, в котором он преобразуется в постоянный.

что это такое и как работает устройство, история появления и классификация

Одним из наиболее важных достижений науки в XIX веке стало установление электричества. Благодаря этому у человека появилась возможность выполнять любую работу после захода солнца, что раньше было невозможным. Сегодня существует два вида тока — постоянный и переменный, но специалистов всегда интересовала возможность превращения одного в другой, что привело к появлению инвертора. Что это такое и принцип работы можно узнать из соответствующей литературы.

История возникновения

В конце 80-х годов XIX века Томас Эдисон в своей лаборатории получил постоянный ток и решил поделиться со всеми этим открытием. Ученый утверждал, что такой источник гораздо лучше, чем переменный ток для питания приборов.

Переменный источник тока за несколько лет до этого открыл ученый из Сербии Никола Тесла и активно распространял идею среди всех своих поклонников. Эдисон стал его конкурентом и старался убедить людей в том, что переменный ток опасен для людей и неэффективен для питания электроприборов.

Несмотря на все доводы, Никола Тесла имел достаточно много поклонников, его методика активно использовалась, и на тот момент Эдисон в соревновании проиграл. И хотя переменный ток необходим и сегодня, но постоянный считается лучшим вариантом для питания электроприборов.

Стоит отметить, что многие приспособления, предназначенные для работы с переменным током, выделяют постоянный. Это приводит к тому, что при запуске такого устройства человеку потребуется дополнительный прибор для преобразования постоянного тока в переменный, то есть инвертор.

Типы электричества

Большинство преподавателей, которые предоставляют студентам информацию об электричестве, говорят в основном о постоянном токе (DC). Он представляет собой поток электронов, которые следуют друг за другом на определенном расстоянии. Наиболее популярная аналогия от опытных учителей — сравнение потока с муравьями, идущими колонной и несущими на себе обычные сухие листья.

Такое представление довольно обобщенное, но основная идея правильная. Схема напоминает сплошную электрическую петлю, приводящую в работу обычный фонарик. Однако в больших бытовых приспособлениях электричество работает по-другому. Розетки, вмонтированные в стену, поставляют приборам источник энергии, основанный на переменном токе (AC). В нем электричество переключается с большой скоростью, составляющей 50−60 раз в секунду, то есть частота таких переключений — 50−60 Гц.

Обычному человеку, который не обладает знаниями в области электроники, не совсем понятно, как такой ток питает приборы, если постоянно меняет направление своего движения. Однако ответ на этот вопрос прост. Например, можно взять обычную настенную лампу, работающую от источника переменного тока. При включении ее в розетку электроны начинают активно двигаться, меняться местами и менять направление движения. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому в проводах образуется тепло.

Именно это тепло и будет переходить в лампу, приводя к ее свечению. Переменный ток также эффективно питает приспособления, как и постоянный, но электроны в нем движутся на месте.

Общие сведения о приборе

Величайшее открытие Николы Теслы сегодня используется человечеством повсюду. Большинство приспособлений в каждом доме предназначены для работы от источника постоянного тока, но от розеток идет переменный. Именно поэтому почти всегда требуется специальное устройство или выпрямитель, который будет преобразовывать AC в DC.

Инвертор же выполняет совершенно противоположную функцию. Можно рассмотреть его работу на примере обычного фонарика. Прибор небольшой и питается от встроенного аккумулятора

, который становится источником постоянного тока. Если извлечь его из приспособления, перевернуть другим полюсом и снова установить, разницы в работе или в качестве освещения не будет заметно. Однако электричество будет протекать по-другому.

Такой процесс можно сравнить с механическим преобразователем, когда человеческие руки поворачивают аккумулятор со скоростью 50−60 раз в секунду. Конечно, приборы, которые можно приобрести в специализированных магазинах, работают несколько иначе. Для постоянного изменения направления движения электронов используются магнитные переключатели. Однако такая конструкция только у приспособлений механического типа.

Электронные инверторы меняют направление плавно, исключая резкие перепады напряжения. Второй тип считается более предпочтительным вариантом, поскольку постоянные скачки напряжения отрицательно отражаются на функционировании некоторых электроприборов. Конструкция таких инверторов оснащена специальными индукторами и конденсаторами. Эти детали смягчают поток энергии на входе и выходе, за счет чего и образуется плавный источник питания для электроприборов.

В некоторых случаях инверторы применяются для трансформаторов с целью преобразования источника переменного тока на более высокую или низкую частоту в зависимости от нужд конкретного потребителя. Стоит отметить, что выходная мощность всегда меньше входной. Это необходимо для нормального функционирования устройств. Любой трансформатор или инвертор не может выделять больше энергии, чем потребляет, поскольку некоторая ее часть теряется.

Принцип работы

Действует инвертор по простому принципу, который можно понять, если привести конкретный пример. Обычный аккумулятор работает примитивно и выдает постоянный поток тока, не меняющего своего направления. Если в эту конструкцию добавить переключатель, который на выходе будет менять направление движения электронов, то к прибору будет поступать уже AC. Чтобы сделать его правильным, переключатель должен работать исправно и на протяжении секунды срабатывать не менее 50 раз. В минуту происходит около 3000 изменений в потоке электронов.

Механический инвертор работает несколько иначе и посредством специальных магнитов также быстро изменяет направление тока. Принцип его функционирования напоминает дверной звонок. При нажатии на кнопку человек воздействует на пружину, которая подает сигнал к изменению мощности и потока электроэнергии. При отпускании все возвращается в исходное положение. Устройство также оснащено специальным контроллером, который выполняет и другие функции:

  • регулирование напряжения в приспособлении;
  • синхронизация частоты переключения;
  • обеспечение защиты от перегрузок и поломок.

Благодаря этому даже механическая модель устройства позволяет крупным электроприборам работать бесперебойно.

Классификация устройств

Существует множество моделей инверторов. Они могут быть массивными и оснащенными специальными аккумуляторами. Выпускаются портативные модели, которые имеют небольшие размеры и используются в разных целях. Разделяют приспособления и по мощности, которую они потребляют и производят. Этот параметр считается основным при выборе, особенно если необходим высокий показатель, например, на производстве.

Стоит отметить, что даже самые мощные инверторы не предназначены для длительного функционирования на максимальных показателях. В зависимости от принципа действия устройства делятся на следующие:

  • зависимые, которые работают только от сети;
  • автономные, оснащенные аккумулятором;
  • инверторы напряжения и тока.

Автономные модели обычно используются для кратковременной работы и не зависят от источника тока. Отдельные приборы предназначены специально для постоянного подключения к сети. Иногда устройства оснащают солнечными батареями.

Каждый из вариантов имеет свои преимущества. Например, автономные подойдут любым устройствам и могут выручить в сложной ситуации. Солнечные экономят электроэнергию, а зависимые не нуждаются в подзарядке или других условиях, чтобы функционировать. В ночное время солнечная батарея неуместна и не сможет служить владельцу, поэтому такие модели выбирают редко.

Существуют также универсальные устройства, которые могут работать от сети и в автономном режиме, но не одновременно. Недостатком таких приборов будет большой размер, поскольку для обеспечения функционирования в двух режимах необходимо оснастить агрегат дополнительными деталями.

Приборы, которые устанавливались до 1970 года, использовали в работе специальные ртутно-дуговые клапаны. Современные модели обычно твердотельные и считаются более эффективными и безопасными.

Сварочные инверторы

Отдельно стоит выделить специальные инверторы, которые позволяют значительно повысить эффективность работы сварочного аппарата и быстро соединить две металлические детали без усилий и сделать конструкцию надежной. Эти инверторы обладают множеством преимуществ:

  1. Отличаются высокой мощностью и производительностью.
  2. Надежность и долговечность сварных швов.
  3. Возможность выбрать компактную модель и переносить ее в место, где человек будет работать.
  4. Высокий КПД, составляющий почти 90%. Этот показатель гораздо выше, чем у обычных трансформаторов.
  5. Умеренное расходование электрической энергии и экономичность.
  6. Во время работы сварочного аппарата брызги металла отделяются в меньшем количестве, что позволяет экономить не только электроэнергию.
  7. Возможность регулировать подачу тока, делая ее плавной.
  8. Сварщик может выполнять работу по металлу даже при отсутствии большого опыта в этой сфере.

Универсальность устройства позволяет использовать его в разных областях, а возможность выбрать лучшую модель по соотношению цены и качества считается одним из важных преимуществ.

Популярные разновидности

Перед выбором подходящего устройства рекомендуется ознакомиться с его разновидностями и назначением. Существуют модели, используемые только для сварки, а есть приборы для резки металла. Стоит также отметить, что выпускаются устройства для профессионального применения, имеющие большие размеры.

Для домашнего использования стоит выбрать непрофессиональные или полупрофессиональные инверторы. Последние сочетают в себе большее количество функций. При выборе необходимо учитывать входное напряжение. Стандартный показатель равен 220 В, но есть модели, которые предназначены для работы от источника с напряжением 380 В.

Легкость зажигания прибора может колебаться в пределах 40−90 В. Чем выше этот показатель, тем легче работать специалисту. Если человек предполагает использовать устройство на максимальном напряжении длительное время, рекомендуется обращать внимание на цифры, указанные производителем в техническом паспорте. Хороший показатель составляет 70% и выше.

Если владелец знает, что будет работать с тонким металлом, рекомендуется обратить внимание на нижний предел исходящего тока. Эта цифра не должна превышать 10 А. В противном случае есть риск, что новичок испортит материал. У профессионалов такие проблемы возникают редко, поэтому они могут применять любое устройство.

Во многих моделях присутствуют дополнительные функции. Например, горячий старт увеличивает напряжение на короткий период, что облегчает работу. Для новичков в инверторе существует режим антизалипания. Он предотвращает приварку электрода к кромке, что нередко случается, если человек не имеет большого опыта в этом деле. Форсаж дуги — дополнительная функция, позволяющая исключить прилипание электрода в случае отделения от него большой капли расплавленного металла.

Наличие таких режимов значительно облегчает работу для новичка и профессионала, исключает неприятные и аварийные ситуации.

Инвертор — универсальное приспособление, позволяющее сделать работу бытовых, промышленных и других приспособлений более плавной и качественной. При выборе и использовании устройства следует придерживаться рекомендаций, которые облегчат процесс.

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

Что такое инвертор и как он работает?

Что такое инвертор и как он работает?

Инвертором называется прибор, схема, или система, которая создает переменное напряжение при подключении источника постоянного напряжения. Существует другой способ определения: инверсия — функция обратная выпрямлению. Выпрямители преобразуют переменное напряжение в постоянное, а инверторы наоборот, превращают постоянное напряжение в переменное.

Инверторы совсем не редкие устройства. Под другими названиями они появляются в многочисленных приложениях. Инверторами, конечно, можно назвать и вибропреобразователи, и генераторы с обратной связью, и релаксационные генераторы. Разве они не превращают постоянное напряжение в переменное?

Фактически, использование названий «инвертор» и «генератор» несколько произвольно. Инвертор может быть генератором, а генератор можно использовать как инвертор. Обычно предпочитали использовать термин «инвертор», когда рабочая частота была меньше чем 100 кГц, и выполняемая им операция обеспечивала переменным напряжением некоторую другую схему или оборудование. Современные инверторы не имеют ограничений по частоте.

Поскольку нет четко установленной границы между инверторами и генераторами, можно сказать, что многие инверторы являются генераторами специального типа. Другие инверторы могут по существу быть усилителями или управляемыми переключателями. Выбор термина фактически определяется тем, как расставлены акценты. Схема создающая радиочастотные колебания с относительно высокой стабильностью частоты традиционно назвалась генератором. Схему генератора, в которой основное внимание обращается на такие параметры как к.п.д., возможность регулирования и способность выдерживать перегрузки, и которая работает в диапазоне звуковых или инфразвуковых частот, можно назвать инвертором.

На практике, когда мы рассматриваем конечное назначение схемы, различия между инверторами и генераторами, становятся достаточными очевидными. Назначение схемы тут же подскажет нам как более правильно ее называть: генератором или инвертором. Обычно инвертор применяется в качестве источника питания.

Инвертор питается энергией от источника постоянного напряжения и выдает переменное напряжение, а выпрямитель подключен к источнику переменного напряжения и имеет на выходе постоянное напряжение. Имеется третий вариант — схема или система потребляет энергию от источника постоянного напряжения и выдает также постоянное напряжение в нагрузку. Устройство, осуществляющее эту операцию, называется преобразователем. Но не любую схему, имеющую постоянное напряжение на входе и постоянное напряжение на выходе, можно считать преобразователем. Например, потенциометры, делители напряжения, и аттенюаторы действительно «преобразуют» один уровень постоянного напряжения в другой.

 Но их вообще нельзя назвать преобразователями. Здесь в процессе выполнения преобразования отсутствует такой элемент как инвертор, вибропреобразователь, или генератор. Другими словами, последовательность процессов в настоящем преобразователе такова: постоянное напряжение — переменное напряжение — постоянное напряжение. Удобным является следующее определение преобразователя: схема или система, потребляющая и выдающая мощность в виде постоянного напряжения, в которой в качестве промежуточного процесса в передаче энергии используется генерирование переменного напряжения (иногда используется выражение dc-to-dc преобразователь).

Практическое значение определения преобразователя состоит в том, что преобразователь по существу работает как трансформатор постоянного напряжения. Это свойство позволяет манипулировать уровнями постоянного напряжения и тока также, как это делается при использовании трансформаторов в системах с переменным напряжением. Кроме того, такой трансформатор-преобразователь обеспечивает изоляцию между входными и выходными цепями. Это способствует электрической безопасности и значительно упрощает ряд проблем при проектировании систем.

Рассмотрим преобразователь с дополнительной операцией. Предположим, что полная последовательность операций такова: переменное напряжение, постоянное напряжение, переменное напряжение, постоянное напряжение. Это означает, что устройство получает энергию от сети переменного напряжения, выпрямляет это напряжение, инвертирует его в переменное напряжение, и снова выпрямляет.

Таков основной принцип построения многих источников питания. Не является ли это неоправданно избыточным? Нет, поскольку для выполнения инверсии формируемое переменное напряжение имеет намного более высокую частоту, чем частота сети, что позволяет избавиться от массивного и дорогостоящего трансформатора, рассчитанного на частоту сети. Трансформатор инвертора (работающий на частотах от 20 кГц до нескольких МГц) бывает очень небольшим и обеспечивает полную изоляцию.

Инвертор мощности — Power inverter

Устройство, изменяющее постоянный ток (DC) на переменный (AC)

Инвертор на отдельно стоящую солнечную установку Обзор инверторов для солнечных электростанций

Питания инвертор , или инвертор , является питание электронного устройства или схемы , которая изменяет постоянный ток (DC) в переменный ток (AC). Полученная в результате частота переменного тока зависит от конкретного используемого устройства. Инверторы работают противоположно «преобразователям», которые изначально были большими электромеханическими устройствами, преобразующими переменный ток в постоянный.

Входное напряжение , выходное напряжение и частота, а также общая мощность зависят от конструкции конкретного устройства или схемы. Инвертор не производит никакой энергии; питание обеспечивается источником постоянного тока.

Инвертор мощности может быть полностью электронным или может представлять собой комбинацию механических воздействий (например, вращающееся устройство) и электронной схемы. Статические инверторы не используют движущиеся части в процессе преобразования.

Силовые инверторы в основном используются в системах электроснабжения, где присутствуют высокие токи и напряжения; схемы, которые выполняют ту же функцию для электронных сигналов, которые обычно имеют очень низкие токи и напряжения, называются генераторами . Цепи, которые выполняют противоположную функцию, преобразовывая переменный ток в постоянный, называются выпрямителями .

Ввод и вывод

Входное напряжение

Типичное устройство или схема инвертора мощности требует относительно стабильного источника питания постоянного тока, способного обеспечивать достаточный ток для предполагаемых требований к мощности системы. Входное напряжение зависит от конструкции и назначения инвертора. Примеры включают:

  • 12 В постоянного тока, для небольших бытовых и коммерческих инверторов, которые обычно работают от перезаряжаемой свинцово-кислотной батареи 12 В или автомобильной электрической розетки.
  • 24, 36 и 48 В постоянного тока, которые являются общими стандартами для домашних энергетических систем.
  • От 200 до 400 В постоянного тока при питании от фотоэлектрических солнечных батарей.
  • От 300 до 450 В постоянного тока, когда питание осуществляется от аккумуляторных батарей электромобиля в межсетевых системах.
  • Сотни тысяч вольт, где инвертор является частью высоковольтной системы передачи электроэнергии постоянного тока .

Форма выходного сигнала

Инвертор может генерировать прямоугольную волну, модифицированную синусоидальную волну, импульсную синусоидальную волну, широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) или синусоидальную волну в зависимости от конструкции схемы. Обычные типы инверторов производят прямоугольные или квазиквадратные волны. Одним из показателей чистоты синусоидальной волны является полное гармоническое искажение (THD). Прямоугольная волна с коэффициентом заполнения 50% эквивалентна синусоиде с 48% THD. Технические стандарты для коммерческих распределительных сетей требуют менее 3% THD формы волны в точке подключения потребителя. Стандарт IEEE 519 рекомендует менее 5% THD для систем, подключенных к электросети.

Существуют две основные конструкции для производства бытового подключаемого напряжения от источника постоянного тока с более низким напряжением, первая из которых использует импульсный повышающий преобразователь для создания постоянного напряжения более высокого напряжения, а затем преобразуется в переменный ток. Второй метод преобразует постоянный ток в переменный на уровне батареи и использует трансформатор линейной частоты для создания выходного напряжения.

Квадратная волна
Квадратная волна

Это одна из самых простых форм сигналов, которую может создать инвертор, и она лучше всего подходит для приложений с низкой чувствительностью, таких как освещение и отопление. При подключении к звуковому оборудованию выходной сигнал прямоугольной формы может вызывать «гудение» и обычно не подходит для чувствительной электроники.

Синусоидальная волна
Синусоидальная волна

Устройство инвертора мощности, которое формирует многоступенчатую синусоидальную форму волны переменного тока, называется синусоидальным инвертором . Чтобы более четко различать инверторы с выходными сигналами с гораздо меньшими искажениями, чем у модифицированных синусоидальных (трехступенчатых) инверторов, производители часто используют фразу « чистый синусоидальный инвертор» . Почти все инверторы потребительского класса, которые продаются как «чисто синусоидальные инверторы», вообще не производят гладкую синусоидальную волну, только менее прерывистую, чем прямоугольные (двухступенчатые) и модифицированные синусоидальные (трехступенчатые) инверторы. Однако для большинства электронных устройств это не критично, поскольку они хорошо справляются с выходом.

В тех случаях, когда силовые инверторы заменяют стандартное сетевое питание, желателен выходной сигнал синусоидальной волны, поскольку многие электрические изделия спроектированы так, чтобы лучше всего работать с источником питания переменного тока синусоидальной волны. Стандартная электрическая сеть выдает синусоидальную волну, как правило, с небольшими дефектами, но иногда со значительными искажениями.

Инверторы синусоидальной волны с более чем тремя ступенями выходного сигнала более сложны и имеют значительно более высокую стоимость, чем модифицированная синусоидальная волна, имеющая всего три ступени, или прямоугольные (одна ступенька) с той же мощностью. Устройства импульсного источника питания (SMPS), такие как персональные компьютеры или DVD-плееры, работают на модифицированной синусоидальной мощности. Двигатели переменного тока, напрямую работающие от несинусоидальной мощности, могут выделять дополнительное тепло, могут иметь другие характеристики скорости-момента или могут производить больше шума, чем при работе от синусоидальной мощности.

Модифицированная синусоида
Форма волны, создаваемая прикуривателем от 12 вольт постоянного тока до 120 В переменного тока, инвертор 60 Гц

Модифицированная синусоида на выходе такого инвертора представляет собой сумму двух прямоугольных волн, одна из которых сдвинута по фазе на 90 градусов относительно другой. В результате получается трехуровневая форма сигнала с равными интервалами нулевого напряжения; пиковое положительное напряжение; ноль вольт; пиковое отрицательное напряжение, а затем ноль вольт. Эта последовательность повторяется. Результирующая волна очень похожа по форме на синусоидальную волну. Большинство недорогих бытовых инверторов мощности генерируют модифицированную синусоидальную волну, а не чистую синусоидальную волну.

Форма волны в имеющихся в продаже инверторах модифицированной синусоидальной волны напоминает прямоугольную волну, но с паузой во время смены полярности. Состояния переключения разработаны для положительного, отрицательного и нулевого напряжения. Если для формы сигнала выбраны пиковые значения в течение половины времени цикла, отношение пикового напряжения к среднеквадратичному напряжению будет таким же, как для синусоидальной волны. Напряжение шины постоянного тока может активно регулироваться, или времена включения и выключения могут быть изменены для поддержания одного и того же выходного среднеквадратичного значения вплоть до напряжения шины постоянного тока, чтобы компенсировать колебания напряжения шины постоянного тока. Изменяя ширину импульса, можно изменить спектр гармоник. Самый низкий THD для трехступенчатой ​​модифицированной синусоидальной волны составляет 30%, когда ширина импульсов составляет 130 градусов в каждом электрическом цикле. Это немного ниже, чем для прямоугольной волны.

Отношение времени включения и выключения можно регулировать для изменения среднеквадратичного напряжения при поддержании постоянной частоты с помощью метода, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Сгенерированные импульсы затвора подаются на каждый переключатель в соответствии с разработанным шаблоном для получения желаемого выхода. Спектр гармоник на выходе зависит от ширины импульсов и частоты модуляции. Можно показать, что минимальные искажения трехуровневой формы волны достигаются, когда импульсы распространяются более чем на 130 градусов формы волны, но результирующее напряжение все равно будет иметь около 30% THD, что выше коммерческих стандартов для источников питания, подключенных к сети. При работе асинхронных двигателей гармоники напряжения обычно не вызывают беспокойства; однако гармонические искажения в форме волны тока приводят к дополнительному нагреву и могут создавать пульсации крутящего момента.

Многие элементы электрооборудования будут достаточно хорошо работать с модифицированными устройствами синусоидального инвертора, особенно с нагрузками, которые являются резистивными по своей природе, такими как традиционные лампы накаливания. Устройства с импульсным блоком питания работают почти полностью без проблем, но если в элементе есть сетевой трансформатор, он может перегреться в зависимости от того, насколько он ограничен.

Однако нагрузка может работать менее эффективно из-за гармоник, связанных с измененной синусоидальной волной, и создавать гудящий шум во время работы. Это также влияет на эффективность системы в целом, поскольку номинальная эффективность преобразования производителя не учитывает гармоники. Следовательно, чисто синусоидальные инверторы могут обеспечить значительно более высокий КПД, чем модифицированные синусоидальные инверторы.

Большинство двигателей переменного тока будут работать на инверторах MSW со снижением эффективности примерно на 20% из-за содержания гармоник. Однако они могут быть довольно шумными. Может помочь последовательный LC-фильтр, настроенный на основную частоту.

Распространенная модифицированная топология синусоидального инвертора, встречающаяся в инверторах бытовой мощности, выглядит следующим образом: встроенный микроконтроллер быстро включает и выключает силовые полевые МОП-транзисторы на высокой частоте, например ~ 50 кГц. Полевые МОП-транзисторы напрямую питаются от источника постоянного тока низкого напряжения (например, батареи). Затем этот сигнал проходит через повышающие трансформаторы (как правило, многие трансформаторы меньшего размера размещаются параллельно, чтобы уменьшить общий размер инвертора), чтобы произвести сигнал более высокого напряжения. Затем выходной сигнал повышающих трансформаторов фильтруется конденсаторами для создания источника постоянного тока высокого напряжения. Наконец, этот источник постоянного тока подается микроконтроллером с дополнительными силовыми полевыми МОП-транзисторами для получения окончательного модифицированного синусоидального сигнала.

Более сложные инверторы используют более двух напряжений для формирования многоступенчатого приближения к синусоиде. Они могут дополнительно снизить гармоники напряжения и тока, а также THD по сравнению с инвертором, использующим только чередующиеся положительные и отрицательные импульсы; но такие инверторы требуют дополнительных коммутационных компонентов, что увеличивает стоимость.

Ближний синусоидальный ШИМ

Некоторые инверторы используют ШИМ для создания формы волны, которую можно отфильтровать нижними частотами для воссоздания синусоидальной волны. Для них требуется только один источник постоянного тока, как в конструкциях MSN, но переключение происходит с гораздо большей скоростью, обычно на много кГц, так что изменяющаяся ширина импульсов может быть сглажена для создания синусоидальной волны. Если для генерации времени переключения используется микропроцессор, можно тщательно контролировать содержание гармоник и эффективность.

Пример ШИМ-модуляции напряжения в виде серии импульсов ■ . Фильтрация нижних частот с последовательными катушками индуктивности и шунтирующими конденсаторами необходима для подавления частоты коммутации. После фильтрации это приводит к форме волны, близкой к синусоидальной ■ . Компоненты фильтрации меньше и удобны, чем компоненты, необходимые для сглаживания модифицированной синусоидальной волны до эквивалентной гармонической чистоты.

Выходная частота

Выходная частота переменного тока силового инвертора обычно такая же, как и стандартная частота линии электропередачи, 50 или 60 герц . Исключение составляют конструкции для привода двигателя, где переменная частота приводит к изменению скорости.

Также, если выходной сигнал устройства или схемы должен быть дополнительно согласован (например, повышен), тогда частота может быть намного выше для хорошего КПД трансформатора.

Выходное напряжение

Выходное напряжение переменного тока силового инвертора часто регулируется таким образом, чтобы оно было таким же, как напряжение в сети, обычно 120 или 240 В переменного тока на уровне распределения, даже если есть изменения в нагрузке, которую инвертор управляет. Это позволяет инвертору питать множество устройств, рассчитанных на стандартное сетевое питание.

Некоторые инверторы также позволяют выбирать или плавно изменять выходное напряжение.

Выходная мощность

Мощность инвертора часто выражается в ваттах или киловаттах. Он описывает мощность, которая будет доступна устройству, управляемому инвертором, и, косвенно, мощность, которая потребуется от источника постоянного тока. Меньшие по размеру популярные потребительские и коммерческие устройства, имитирующие мощность сети, обычно находятся в диапазоне от 150 до 3000 Вт.

Не все приложения инверторов связаны исключительно или в первую очередь с подачей энергии; в некоторых случаях характеристики частоты и / или формы волны используются последующей схемой или устройством.

Аккумуляторы

Время работы инвертора, питаемого от батарей, зависит от заряда батареи и количества энергии, потребляемой от инвертора в данный момент времени. По мере увеличения количества оборудования, использующего инвертор, время работы сокращается. Чтобы продлить время работы инвертора, к инвертору можно добавить дополнительные батареи.

Формула для расчета емкости аккумуляторной батареи инвертора:

Емкость аккумулятора (Ач) = общая нагрузка (в ваттах) X время использования (в часах) / входное напряжение (В)

При попытке добавить в инвертор дополнительные батареи есть два основных варианта установки:

Конфигурация серии
Если целью является увеличение общего входного напряжения инвертора, можно последовательно подключить аккумуляторы в последовательной конфигурации. В последовательной конфигурации, если одна батарея разрядится, другие батареи не смогут питать нагрузку.
Параллельная конфигурация
Если целью является увеличение емкости и продление времени работы инвертора, батареи можно подключать параллельно . Это увеличивает общий номинал батареи в ампер-часах (Ач).Однако, если одна батарея разряжена, другие батареи будут разряжаться через нее. Это может привести к быстрой разрядке всего блока или даже к перегрузке по току и возможному возгоранию. Чтобы избежать этого, большие параллельные батареи могут быть подключены через диоды или интеллектуальный мониторинг с автоматическим переключением, чтобы изолировать батарею с пониженным напряжением от других.

Приложения

Использование источника постоянного тока

Инвертор предназначен для обеспечения 115 В переменного тока от источника постоянного тока 12 В в автомобиле. Показанный блок обеспечивает до 1,2 ампера переменного тока, чего достаточно для питания двух лампочек мощностью 60 Вт.

Инвертор преобразует электричество постоянного тока от таких источников, как батареи или топливные элементы, в электричество переменного тока. Электричество может быть любого необходимого напряжения; в частности, он может работать с оборудованием переменного тока, предназначенным для работы от сети, или выпрямителем для выработки постоянного тока при любом желаемом напряжении.

Источники бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания (ИБП) использует батареи и инвертор для подачи питания переменного тока, когда сеть недоступна. Когда сетевое питание восстанавливается, выпрямитель подает питание постоянного тока для зарядки батарей.

Контроль скорости электродвигателя

Инверторные схемы, предназначенные для создания переменного диапазона выходного напряжения, часто используются в контроллерах скорости двигателя. Электропитание постоянного тока для инверторной секции может быть получено от обычной настенной розетки переменного тока или другого источника. Схема управления и обратной связи используется для регулировки конечного выхода секции инвертора, которая в конечном итоге определяет скорость двигателя, работающего под его механической нагрузкой. Потребности в управлении скоростью двигателя многочисленны и включают в себя такие вещи, как промышленное оборудование с приводом от двигателя, электромобили, системы железнодорожного транспорта и электроинструменты. (См. Также: частотно-регулируемый привод ). Состояния переключения разработаны для положительного, отрицательного и нулевого напряжения в соответствии со схемами, приведенными в таблице переключения 1. Сгенерированные импульсы затвора подаются на каждый переключатель в соответствии с разработанной схемой и, таким образом, на выходе получается.

В холодильных компрессорах

Инвертор можно использовать для управления скоростью двигателя компрессора, чтобы управлять переменным потоком хладагента в системе охлаждения или кондиционирования воздуха , чтобы регулировать производительность системы. Такие установки известны как инверторные компрессоры . Традиционные методы регулирования охлаждения используют односкоростные компрессоры, которые периодически включаются и выключаются; Системы, оборудованные инверторами, имеют частотно-регулируемый привод, который регулирует скорость двигателя и, следовательно, мощность компрессора и охлаждения. Переменный ток с переменной частотой от инвертора приводит в действие бесщеточный или асинхронный двигатель , скорость которого пропорциональна частоте переменного тока, который он питает, поэтому компрессор может работать с переменной скоростью — устранение циклов остановки-запуска компрессора повышает эффективность. Микроконтроллер обычно контролирует температуру в пространстве , чтобы быть охлаждена, и регулирует скорость компрессора , чтобы поддерживать желаемую температуру. Дополнительная электроника и системное оборудование увеличивают стоимость оборудования, но могут привести к значительной экономии эксплуатационных расходов. Первые инверторные кондиционеры были выпущены Toshiba в 1981 году в Японии.

Энергосистема

Сетевые инверторы предназначены для подачи в систему распределения электроэнергии. Они передаются синхронно с линией и имеют как можно меньше гармоничного содержания. Они также нуждаются в средствах обнаружения наличия электросети по соображениям безопасности, чтобы не продолжать опасно подавать электроэнергию в сеть во время отключения электроэнергии.

Синхронизаторы — это инверторы, которые предназначены для имитации вращающегося генератора и могут использоваться для стабилизации электросетей. Они могут быть спроектированы так, чтобы быстрее реагировать на изменения частоты сети, чем обычные генераторы, и могут дать обычным генераторам возможность реагировать на очень внезапные изменения спроса или производства.

Большие инверторы мощностью несколько сотен мегаватт используются для передачи энергии от систем передачи постоянного тока высокого напряжения до систем распределения переменного тока.

Солнечная

Внутренний вид солнечного инвертора. Обратите внимание на множество больших конденсаторов (синие цилиндры), которые используются для кратковременного накопления энергии и улучшения формы выходного сигнала.

Солнечный инвертор является балансом системы (BOS) компоненты фотоэлектрической системы и может использоваться для обоего соединенных с сетью , и вне сетки систем. Солнечные инверторы имеют специальные функции, адаптированные для использования с фотоэлектрическими батареями, включая отслеживание точки максимальной мощности и защиту от островков . Солнечные микро-инверторы отличаются от обычных инверторов тем, что к каждой солнечной панели прикреплен индивидуальный микро-инвертор. Это может повысить общую эффективность системы. Затем выходной сигнал нескольких микро-инверторов объединяется и часто подается в электрическую сеть .

В других приложениях обычный инвертор может быть объединен с батареей, поддерживаемой контроллером заряда солнечной батареи. Такое сочетание компонентов часто называют солнечным генератором.

Индукционный нагрев

Инверторы преобразуют низкочастотный основной источник переменного тока в более высокую частоту для использования в индукционном нагреве . Для этого сначала выпрямляется напряжение переменного тока, чтобы обеспечить питание постоянного тока. Затем инвертор изменяет мощность постоянного тока на мощность переменного тока высокой частоты. В связи с сокращением числа источников постоянного тока , используемым, структура становится более надежной и выходное напряжение имеет более высокое разрешение в связи с увеличением числа шагов так , чтобы опорное синусоидальное напряжение может быть лучше достигнуты. Эта конфигурация в последнее время стала очень популярной в источниках питания переменного тока и приводах с регулируемой скоростью. Этот новый инвертор позволяет избежать использования дополнительных ограничивающих диодов или конденсаторов для выравнивания напряжения.

Существует три вида методов модуляции со сдвигом уровня, а именно:

  • Фаза противодействия диспозиции (POD)
  • Альтернативная фаза диспозиции оппозиции (APOD)
  • Распределение фаз (PD)

Передача электроэнергии HVDC

При передаче электроэнергии HVDC мощность переменного тока выпрямляется, и мощность постоянного тока высокого напряжения передается в другое место. В месте приема инвертор в статической инверторной установке преобразует мощность обратно в переменный ток. Инвертор должен быть синхронизирован с частотой и фазой сети и минимизировать генерацию гармоник.

Электрошоковое оружие

Электрошоковое оружие и тазеры имеют инвертор постоянного / переменного тока, который генерирует несколько десятков тысяч В переменного тока из небольшой батареи 9 В постоянного тока. Сначала 9 В постоянного тока преобразуются в 400–2000 В переменного тока с помощью компактного высокочастотного трансформатора, который затем выпрямляется и временно сохраняется в высоковольтном конденсаторе до тех пор, пока не будет достигнуто предварительно установленное пороговое напряжение. Когда достигается порог (установленный с помощью воздушного зазора или TRIAC), конденсатор сбрасывает всю свою нагрузку в импульсный трансформатор, который затем повышает его до конечного выходного напряжения 20–60 кВ. Вариант этого принципа также используется в электронных вспышках и зарядных устройствах от насекомых , хотя они полагаются на конденсаторный умножитель напряжения для достижения высокого напряжения.

Разное

Типичные области применения силовых инверторов:

  • Портативные потребительские устройства, которые позволяют пользователю подключать к устройству аккумулятор или набор аккумуляторов для выработки энергии переменного тока для работы различных электрических устройств, таких как лампы, телевизоры, кухонные приборы и электроинструменты.
  • Используется в системах производства электроэнергии, таких как электроэнергетические компании или солнечные генерирующие системы, для преобразования энергии постоянного тока в мощность переменного тока.
  • Использование в любой более крупной электронной системе, где существует инженерная потребность в получении источника переменного тока из источника постоянного тока.
  • Преобразование частоты — если пользователю (скажем) в стране 50 Гц требуется источник питания 60 Гц для оборудования, зависящего от частоты, такого как небольшой двигатель или какая-то электроника, можно преобразовать частоту, запустив инвертор с Выход 60 Гц от источника постоянного тока, такого как источник питания 12 В, работающий от сети 50 Гц.

Описание схемы

Вверху: Показана простая схема инвертора с электромеханическим переключателем и автоматическим эквивалентным устройством автоматического переключения, реализованным с использованием двух транзисторов и автотрансформатора с разделенной обмоткой вместо механического переключателя. Прямоугольный сигнал с основной составляющей синусоидальной волны, 3-й и 5-й гармониками

Основной дизайн

В одной простой схеме инвертора мощность постоянного тока подключается к трансформатору через центральный отвод первичной обмотки. Переключатель быстро переключается вперед и назад, чтобы позволить току течь обратно к источнику постоянного тока по двум альтернативным путям через один конец первичной обмотки, а затем через другой. Изменение направления тока в первичной обмотке трансформатора создает переменный ток (AC) во вторичной цепи.

Электромеханический вариант коммутационного устройства включает два неподвижных контакта и подвижный контакт с подпружиненной опорой. Пружина удерживает подвижный контакт напротив одного из неподвижных контактов, а электромагнит притягивает подвижный контакт к противоположному неподвижному контакту. Ток в электромагните прерывается действием переключателя, так что переключатель постоянно быстро переключается вперед и назад. Этот тип электромеханического переключателя инвертора, называется вибратор или зуммер, когда — то использовалась в ламповых автомобильных радиоприемников. Подобный механизм использовался в дверных звонках, зуммерах и тату-машинах .

Когда они стали доступны с соответствующими номинальными мощностями, транзисторы и различные другие типы полупроводниковых переключателей были включены в схемы инверторов. В некоторых номиналах, особенно для больших систем (много киловатт), используются тиристоры (SCR). SCR обеспечивают большие возможности управления мощностью в полупроводниковом устройстве и могут легко управляться в переменном диапазоне срабатывания.

Переключатель в простом инверторе, описанном выше, когда он не подключен к выходному трансформатору, выдает прямоугольную форму волны напряжения из-за своей простой природы включения и выключения, в отличие от синусоидальной формы волны, которая является обычной формой волны источника питания переменного тока. {2}}} \ более V_ {1}}}

Продвинутый дизайн

Схема мостового преобразователя H с транзисторными ключами и встречно-параллельными диодами

В конструкциях инверторов используется множество различных топологий силовых цепей и стратегий управления . Различные подходы к проектированию решают различные вопросы, которые могут быть более или менее важными в зависимости от того, как предполагается использовать инвертор.

Основываясь на базовой топологии H-моста, существует две различные основные стратегии управления, называемые базовым частотно-регулируемым мостовым преобразователем и ШИМ-управлением. Здесь, на левом изображении H-мостовой схемы, верхний левый переключатель назван «S1», а другие — «S2, S3, S4» в порядке против часовой стрелки.

В базовом мостовом преобразователе частоты и переменной частоты переключатели могут работать на той же частоте, что и переменный ток в электрической сети (60 Гц в США). Однако именно скорость, с которой переключатели открываются и закрываются, определяет частоту переменного тока. Когда S1 и S4 включены, а два других выключены, на нагрузку подается положительное напряжение, и наоборот. Мы могли управлять состоянием включения-выключения переключателей, чтобы регулировать величину и фазу переменного тока. Мы также могли управлять переключателями, чтобы исключить определенные гармоники. Это включает в себя управление переключателями для создания выемок или областей с нулевым состоянием в выходном сигнале или добавление выходов двух или более преобразователей, параллельно сдвинутых по фазе относительно друг друга.

Другой метод, который можно использовать, — это ШИМ. В отличие от базового мостового преобразователя частоты и переменной частоты, в стратегии управления ШИМ только два переключателя S3, S4 могут работать на частоте стороны переменного тока или на любой низкой частоте. Два других переключатся намного быстрее (обычно 100 кГц) для создания прямоугольных напряжений той же величины, но с разной продолжительностью времени, которые ведут себя как напряжение с изменяющейся величиной в большей временной шкале.

Эти две стратегии создают разные гармоники. Для первого, с помощью анализа Фурье, величина гармоник будет 4 / (pi * k) (k — порядок гармоник). Таким образом, большая часть энергии гармоник сосредоточена в гармониках более низкого порядка. Между тем, для стратегии ШИМ энергия гармоник лежит в области высоких частот из-за быстрого переключения. Их разные характеристики гармоник приводят к различным требованиям по устранению гармонических искажений и гармоник. Подобно термину «THD», понятие «качество формы волны» представляет уровень искажения, вызванного гармониками. Качество формы сигнала переменного тока, создаваемого непосредственно упомянутым выше H-мостом, было бы не таким хорошим, как мы хотели бы.

Проблема качества сигнала может быть решена разными способами. Конденсаторы и катушки индуктивности могут использоваться для фильтрации формы волны. Если конструкция включает трансформатор , фильтрация может применяться к первичной или вторичной стороне трансформатора или к обеим сторонам. Применяются фильтры нижних частот , чтобы позволить основной составляющей сигнала пройти на выход, ограничивая прохождение гармонических составляющих. Если инвертор предназначен для подачи питания на фиксированной частоте, можно использовать резонансный фильтр. Для регулируемого преобразователя частоты фильтр должен быть настроен на частоту выше максимальной основной частоты.

Поскольку большинство нагрузок содержат индуктивность, выпрямители с обратной связью или антипараллельные диоды часто подключаются к каждому полупроводниковому переключателю, чтобы обеспечить путь для пикового индуктивного тока нагрузки, когда переключатель выключен. Противопараллельные диоды в чем-то похожи на диоды свободного хода, используемые в схемах преобразователя переменного тока в постоянный.

Форма волны Сигнальные
переходы
за период
Гармоники
устранены
Гармоники
усилены

Описание системы
THD
2 2-х уровневая
прямоугольная волна
~ 45%
4 3, 9, 27,… 3-х уровневая
модифицированная синусоида
> 23,8%
8 5-уровневая
модифицированная синусоида
> 6,5%
10 3, 5, 9, 27 7, 11,… 2-уровневая
очень медленная ШИМ
12 3, 5, 9, 27 7, 11,… 3-х уровневая
очень медленная ШИМ

Анализ Фурье показывает, что форма волны, такая как прямоугольная волна, которая является антисимметричной относительно точки 180 градусов, содержит только нечетные гармоники, 3-ю, 5-ю, 7-ю и т. Д. Формы волны, которые имеют шаги определенной ширины и высоты, могут ослаблять определенные более низкие гармоники за счет усиления высших гармоник. Например, вставив ступеньку нулевого напряжения между положительной и отрицательной частями прямоугольной волны, все гармоники, которые делятся на три (3-я и 9-я и т. Д.), Могут быть устранены. Остается только 5-я, 7-я, 11-я, 13-я и т. Д. Требуемая ширина ступеней составляет одну треть периода для каждой из положительных и отрицательных ступеней и одну шестую периода для каждой ступени нулевого напряжения.

Изменение прямоугольной формы, как описано выше, является примером широтно-импульсной модуляции. Модуляция или регулировка ширины прямоугольного импульса часто используется как метод регулирования или регулировки выходного напряжения инвертора. Когда контроль напряжения не требуется, можно выбрать фиксированную ширину импульса для уменьшения или устранения выбранных гармоник. Методы подавления гармоник обычно применяются к самым низким гармоникам, потому что фильтрация гораздо более практична на высоких частотах, где компоненты фильтра могут быть намного меньше и дешевле. Схемы управления ШИМ, основанные на множественной ширине импульса или несущей , создают сигналы, которые состоят из множества узких импульсов. Частота, представленная количеством узких импульсов в секунду, называется частотой переключения или несущей частотой . Эти схемы управления часто используются в инверторах управления двигателями с регулируемой частотой, поскольку они позволяют регулировать выходное напряжение и частоту в широком диапазоне, а также улучшают качество формы сигнала.

Многоуровневые инверторы предоставляют другой подход к подавлению гармоник. Многоуровневые инверторы выдают выходной сигнал с несколькими ступенями на нескольких уровнях напряжения. Например, можно создать более синусоидальную волну, имея входы постоянного тока с разделенными шинами на два напряжения или положительные и отрицательные входы с центральным заземлением . Путем последовательного подключения выходных клемм инвертора между положительной шиной и землей, положительной шиной и отрицательной шиной, заземляющей шиной и отрицательной шиной, а затем обеими к шине заземления, на выходе инвертора генерируется ступенчатый сигнал. Это пример трехуровневого инвертора: два напряжения и земля.

Подробнее о достижении синусоидальной волны

Резонансные инверторы генерируют синусоидальные волны с помощью LC-цепей, чтобы удалить гармоники из простой прямоугольной волны. Обычно имеется несколько последовательно- и параллельно-резонансных LC-контуров, каждая из которых настроена на отдельную гармонику частоты линии электропередачи. Это упрощает электронику, но катушки индуктивности и конденсаторы, как правило, большие и тяжелые. Его высокая эффективность делает этот подход популярным в крупных источниках бесперебойного питания в центрах обработки данных, в которых инвертор постоянно работает в «оперативном» режиме, чтобы избежать переходных процессов переключения при потере питания. (См. Также: Резонансный инвертор )

Тесно связанный подход использует феррорезонансный трансформатор, также известный как трансформатор постоянного напряжения , для удаления гармоник и хранения энергии, достаточной для поддержания нагрузки в течение нескольких циклов переменного тока. Это свойство делает их полезными в резервных источниках питания для устранения переходного процесса переключения, который в противном случае происходит во время сбоя питания, когда инвертор запускается в обычном режиме и механические реле переключаются на его выход.

Улучшенное квантование

Предложение, предложенное в журнале Power Electronics, использует два напряжения в качестве улучшения по сравнению с обычной коммерческой технологией, которая может подавать напряжение на шину постоянного тока только в любом направлении или отключать его. Предложение добавляет промежуточные напряжения к общей конструкции. Каждый цикл видит следующую последовательность подаваемых напряжений: v1, v2, v1, 0, −v1, −v2, −v1.

Трехфазные инверторы

Трехфазный инвертор с нагрузкой, подключенной звездой

Трехфазные инверторы используются для приводов с регулируемой частотой и для приложений большой мощности, таких как передача энергии постоянного тока высокого напряжения . Базовый трехфазный инвертор состоит из трех переключателей однофазного инвертора, каждый из которых подключен к одной из трех клемм нагрузки. Для самой базовой схемы управления работа трех переключателей скоординирована так, что один переключатель работает в каждой точке 60 градусов основной формы выходного сигнала. Таким образом создается линейный выходной сигнал с шестью ступенями. Шестиступенчатая форма волны имеет шаг нулевого напряжения между положительной и отрицательной частями прямоугольной волны, так что гармоники, кратные трем, устраняются, как описано выше. Когда методы ШИМ на основе несущей применяются к сигналам с шестью шагами, основная общая форма или огибающая формы сигнала сохраняется, так что 3-я гармоника и ее кратные составляющие подавляются.

Схема переключения трехфазног

Что такое инвертор? — Sunpower UK

Что такое инвертор?

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. В большинстве случаев входное постоянное напряжение обычно ниже, в то время как выходной переменный ток равен напряжению электросети: 120 или 240 вольт в зависимости от страны.

Инвертор может быть построен как автономное оборудование для таких приложений, как солнечная энергия, или работать в качестве резервного источника питания от батарей, которые заряжаются отдельно.

Другая конфигурация — это когда он является частью более крупной схемы, такой как блок питания или ИБП.В этом случае входной постоянный ток инвертора поступает от выпрямленного переменного тока в блоке питания, либо от выпрямленного переменного тока в ИБП, когда есть питание, и от батарей при сбое питания.

В зависимости от формы сигнала переключения существуют разные типы инверторов. Они имеют различные конфигурации схем, эффективность, преимущества и недостатки.

Инвертор обеспечивает переменное напряжение от источников постоянного тока и используется для питания электроники и электрического оборудования, рассчитанного на сетевое напряжение переменного тока.Кроме того, они широко используются в инвертирующих каскадах импульсных источников питания. Цепи классифицируются по технологии переключения и типу переключателя, форме волны, частоте и форме выходного сигнала.

Базовое управление преобразователем

Базовые схемы включают в себя генератор, схему управления, схему возбуждения силовых устройств, коммутационные устройства и трансформатор.

Преобразование постоянного напряжения в переменное достигается путем преобразования энергии, накопленной в источнике постоянного тока, таком как батарея, или на выходе выпрямителя, в переменное напряжение.Это осуществляется с помощью переключающих устройств, которые постоянно включаются и выключаются, а затем повышаются с помощью трансформатора. Хотя есть некоторые конфигурации, в которых трансформатор не используется, они не используются широко.

Входное напряжение постоянного тока включается и выключается силовыми устройствами, такими как полевые МОП-транзисторы или силовые транзисторы, и импульсами, подаваемыми на первичную обмотку трансформатора. Переменное напряжение в первичной обмотке индуцирует переменное напряжение на вторичной обмотке. Трансформатор также работает как усилитель, увеличивая выходное напряжение в соотношении, определяемом отношением витков.В большинстве случаев выходное напряжение повышается со стандартных 12 вольт, подаваемых батареями, до 120 или 240 вольт переменного тока.

Три обычно используемых выходных каскада инвертора: двухтактный с трансформатором с центральным ответвлением, двухтактный полумост или двухтактный полный мост. Пуш-пул с центральным краном наиболее популярен благодаря своей простоте и гарантированным результатам; однако он использует более тяжелый трансформатор и имеет более низкий КПД.

На рисунке ниже показан простой двухтактный преобразователь постоянного тока в переменный со схемой трансформатора с центральным отводом.

Рисунок 1 базовая схема переключения инвертора

Формы выходных сигналов инвертора

Инверторы классифицируются в соответствии с формами выходных сигналов с тремя распространенными типами: прямоугольная волна, чистая синусоида и модифицированная синусоида.

Прямоугольная волна проста и дешевле, однако имеет более низкое качество электроэнергии по сравнению с двумя другими. Модифицированная прямоугольная волна обеспечивает лучшее качество электроэнергии (THD ~ 45%) и подходит для большинства электронного оборудования.Они имеют прямоугольные импульсы с мертвыми зонами между положительным полупериодом и отрицательным полупериодом (THD около 24%).

Рисунок 2: Измененная форма синусоидального сигнала

Истинный синусоидальный инвертор имеет лучшую форму волны с самым низким THD около 3%. Однако он самый дорогой и используется в таких приложениях, как медицинское оборудование, стереосистемы, лазерные принтеры и другие приложения, требующие синусоидальной формы волны. Они также используются в инверторах связи с сетью и оборудовании, подключенном к сети.

Рисунок 3: Чистая синусоида

Приложения

Инверторы используются в различных приложениях, от адаптеров для небольших автомобилей до бытовых или офисных приложений, а также в крупных сетевых системах.

  • Источники бесперебойного питания
  • Как автономные преобразователи
  • В солнечных энергосистемах
  • В качестве строительного блока импульсного источника питания

Что такое инвертор для ноутбука? (с рисунком)

В электронике инвертор можно определить как устройство для преобразования мощности постоянного тока (DC) в переменный ток (AC). Примером инвертора является адаптер, используемый в автомобилях для преобразования мощности низковольтного прикуривателя (постоянного тока) в эквивалентное напряжение сети (переменного тока).Это позволяет использовать в дороге многие типы бытовых электроприборов. В ноутбуке инвертор часто используется для освещения экрана компьютера.

Инвертор ноутбука довольно маленький, обычно размером с ручку.

Инвертор для ноутбука — это небольшая печатная плата, обычно размером с ручку.Внутри ноутбук работает от низкого напряжения, за исключением экрана, в котором используется жидкокристаллический дисплей (ЖКД) с подсветкой. Без инвертора и лампы, которую он питает, экран был бы слишком тусклым, чтобы его можно было правильно рассмотреть. Управляя выходной мощностью инвертора, ноутбук может регулировать яркость своего дисплея. Некоторые типы инверторов для ноутбуков могут делать это автоматически, используя небольшой датчик, который определяет яркость комнаты и соответствующим образом регулирует свою мощность.

ЖК-дисплеи в традиционных ноутбуках освещаются одной или двумя тонкими люминесцентными лампами, которые требуют более высокого напряжения, чем остальная часть компьютера.Инвертор обычно размещают рядом с лампой, чтобы его провода питания были как можно короче и чтобы избежать ненужного протекания их через другие части машины. Реже в некоторых ноутбуках используются белые светоизлучающие диоды (светодиоды) для подсветки. Эти ноутбуки вообще не требуют инвертора, поскольку светодиоды могут получать питание непосредственно от материнской платы ноутбука.

Как и в случае с любым другим электронным компонентом, в инверторах портативных компьютеров могут возникать неисправности, особенно после многих лет использования.Общие симптомы включают в себя мерцание экрана, экран слишком тусклый, чтобы его можно было читать, и даже иногда слабое жужжание. Следует отметить, что есть и другие возможные причины всех этих симптомов, которые лучше всего диагностирует специалист по переносным компьютерам или другой квалифицированный специалист. В случае обнаружения неисправности инвертор ноутбука обычно можно заменить.

Каждая модель ноутбука имеет инвертор особой конструкции, и они, как правило, не взаимозаменяемы.Замена инвертора — относительно быстрое и недорогое решение и обычно более рентабельно, чем его ремонт. Процесс замены просто включает снятие лицевой панели экрана, отключение старого инвертора и замену его новым. Инвертор портативного компьютера имеет предупреждение о высоком напряжении и должен заменяться только квалифицированным специалистом в условиях статического контроля.

Инвертор

и многоуровневый инвертор — типы, преимущества и применение

Инвертор:

Инвертор — это электрическое устройство, преобразующее постоянный ток (DC) в переменный ток (AC).Инвертор используется для аварийного резервного питания в доме. Инвертор используется в некоторых авиационных системах для преобразования части постоянного тока самолета в переменный ток. Электропитание переменного тока используется в основном для электрических устройств, таких как фонари, радары, радио, моторы и другие устройства.

Многоуровневый инвертор:

Сегодня многие промышленные приложения стали требовать высокой мощности. Однако для работы некоторых промышленных приборов требуется средняя или низкая мощность. Использование источника высокой мощности для всех промышленных нагрузок может оказаться полезным для некоторых двигателей, требующих высокой мощности, в то время как это может привести к повреждению других нагрузок.Некоторым приводам двигателей среднего напряжения и системам электроснабжения требуется среднее напряжение. Многоуровневый инвертор был представлен с 1975 года в качестве альтернативы в ситуациях с высокой мощностью и средним напряжением. Многоуровневый инвертор похож на инвертор и используется в промышленных приложениях в качестве альтернативы в ситуациях с высокой мощностью и средним напряжением.


Многоуровневый преобразователь

Общая схема преобразователя постоянного тока в переменный

Многоуровневый преобразователь необходим для обеспечения высокой выходной мощности от источника среднего напряжения.Источники, такие как батареи, суперконденсаторы, солнечная панель, являются источниками среднего напряжения. Многоуровневый инвертор состоит из нескольких переключателей. В многоуровневом инверторе очень важны углы расположения переключателей.

Типы многоуровневых инверторов:

Многоуровневые инверторы бывают трех типов.

  • Многоуровневый инвертор с диодным зажимом
  • Многоуровневый инвертор с летающими конденсаторами
  • Каскадный многоуровневый инвертор с Н-мостом

Многоуровневый инвертор с диодным зажимом:

Основная концепция этого инвертора заключается в использовании диодов и различные фазы конденсаторных батарей, которые включены последовательно.Диод передает ограниченное количество напряжения, тем самым снижая нагрузку на другие электрические устройства. Максимальное выходное напряжение составляет половину входного постоянного напряжения. Это главный недостаток многоуровневого инвертора с диодной фиксацией. Решить эту проблему можно, увеличив переключатели, диоды, конденсаторы. Из-за проблем с балансировкой конденсаторов они ограничены тремя уровнями. Этот тип инверторов обеспечивает высокую эффективность из-за основной частоты, используемой для всех переключающих устройств, и представляет собой простой метод систем передачи энергии по схеме «спина к спине».

Ex: Многоуровневый инвертор с 5-уровневым диодным зажимом, 9-уровневый многоуровневый инвертор с диодным зажимом.

  • В 5-уровневом многоуровневом инверторе с диодными зажимами используются переключатели, диоды; используется один конденсатор, поэтому выходное напряжение составляет половину входного постоянного тока.
  • В 9-уровневом многоуровневом инверторе с диодными зажимами используются переключатели, диоды; конденсаторов в два раза больше, чем у 5-ступенчатых диодных инверторов. Так что выход больше, чем вход.
5-уровневый многоуровневый инвертор с диодным зажимом

Применение многоуровневого инвертора с диодным зажимом:

  • Статическая компенсация переменного напряжения
  • Приводы электродвигателей с регулируемой скоростью
  • Соединения высоковольтных систем
  • Высоковольтные линии передачи постоянного и переменного тока

Летающие конденсаторы Многоуровневый инвертор:

Основная концепция этого инвертора заключается в использовании конденсаторов.Он представляет собой последовательное соединение коммутационных ячеек с зажимом конденсатора. Конденсаторы передают ограниченное количество напряжения на электрические устройства. В этом инверторе коммутационные состояния такие же, как в инверторе с ограничением диодов. В многоуровневых инверторах этого типа ограничивающие диоды не требуются. Выходное напряжение составляет половину входного постоянного напряжения. Это недостаток летающих конденсаторов многоуровневого инвертора. Он также имеет резервирование переключения внутри фазы для балансировки летающих конденсаторов. Он может управлять потоком как активной, так и реактивной мощности.Но из-за высокочастотного переключения будут иметь место коммутационные потери.

EX: 5-уровневый многоуровневый инвертор с летающими конденсаторами, многоуровневый инвертор с 9-ступенчатыми конденсаторами.

  • Этот инвертор аналогичен мультиинвертору с диодной фиксацией
  • В этом инверторе используются только переключатели и конденсаторы.
5-уровневые летучие конденсаторы Многоуровневый инвертор

Применение летающих конденсаторов Многоуровневый инвертор

  • Управление асинхронным двигателем с помощью схемы DTC (прямое управление крутящим моментом)
  • Генерация статической переменной
  • Приложения для преобразования переменного в постоянный и постоянного тока
  • Преобразователи с возможностью гармонических искажений
  • Выпрямители синусоидального тока

Каскадный многоуровневый инвертор с H-мостом:

Каскадный многоуровневый инвертор с H-образной схемой использует конденсаторы и переключатели и требует меньшего количества компонентов на каждом уровне.Эта топология состоит из ряда ячеек преобразования мощности, и мощность можно легко масштабировать. Комбинация пары конденсаторов и переключателей называется H-мостом и дает отдельное входное напряжение постоянного тока для каждого H-моста. Он состоит из ячеек H-моста, и каждая ячейка может обеспечивать три разных напряжения, например, нулевое, положительное и отрицательное постоянное напряжение. Одним из преимуществ этого типа многоуровневого инвертора является то, что он требует меньшего количества компонентов по сравнению с инверторами с диодными ограничителями и инверторами с летающими конденсаторами.Цена и вес инвертора меньше, чем у двух инверторов. Мягкое переключение возможно некоторыми новыми методами переключения.

Многоуровневые каскадные инверторы используются для устранения громоздкого трансформатора, необходимого в случае обычных многофазных инверторов, ограничивающих диодов, требуемых в случае инверторов с диодной фиксацией, и летающих конденсаторов, необходимых в случае инверторов с летающими конденсаторами. Но для этого требуется большое количество изолированных напряжений для питания каждой ячейки.

Ex: 5- многоуровневый инвертор с Н-мостом, 9- многоуровневый инвертор с Н-мостом.

  • Этот инвертор также аналогичен мультиинвертору с диодной фиксацией.
5-мостовой многоуровневый инвертор

Применение каскадного многоуровневого преобразователя с H-мостом

  • Моторные приводы
  • Активные фильтры
  • Приводы электромобилей
  • Использование источника постоянного тока
  • Компенсаторы коэффициента мощности
  • Системы параллельных частотных каналов
  • Взаимодействие с возобновляемыми источниками энергии.

Преимущества многоуровневого инвертора:

Многоуровневый преобразователь имеет несколько преимуществ, а именно:

1. Синфазное напряжение:

Многоуровневые инверторы вырабатывают синфазное напряжение, снижая нагрузку на двигатель. и не повредите двигатель.

2. Входной ток:

Многоуровневые инверторы могут потреблять входной ток с низким уровнем искажений

3. Частота переключения:

Многоуровневый инвертор может работать как на основных частотах переключения, которые выше, так и ниже. частота коммутации.Следует отметить, что более низкая частота переключения означает меньшие потери переключения и достигается более высокая эффективность.

4. Уменьшение гармонических искажений:

Метод селективного подавления гармоник наряду с многоуровневой топологией приводит к тому, что полное гармоническое искажение в выходном сигнале становится низким без использования какой-либо схемы фильтра.

Фото:

Что такое инверторный генератор

Начнем с аккумуляторного инвертора

Так что же такое инверторный генератор? Чтобы понять портативный инверторный генератор и его сравнение с обычным портативным генератором, мы сначала рассмотрим инверторную технологию в ее простейшей форме.

Возможно, вы знакомы с обычным 12-вольтовым аккумуляторным инвертором, который представляет собой электрическое устройство, преобразующее 12-вольтовую мощность постоянного тока в 120-вольтовую переменную мощность.

Обычно этот тип инвертора запускается от автомобильного аккумулятора или от аккумулятора глубокого цикла, который вы покупаете специально для питания инвертора. Несмотря на то, что он довольно недорогой, недостатком является то, что обычно инвертор является полезным решением, если вы можете поддерживать свою потребляемую мощность в диапазоне 200 Вт.

Вы можете получить один с более полезной мощностью 2500 Вт, но он будет стоить около 1000 долларов, и это без учета батареи глубокого цикла и системы зарядки.Для более высоких требований вам следует рассмотреть инверторный генератор, работающий на топливе. Если только «чистая» мощность переменного тока, которую обеспечивает инвертор, не важна для вас.

Считайте, что автомобильный аккумулятор имеет рейтинг резервной емкости. Типичный рейтинг составляет 80 минут, что означает, что батарея может обеспечивать ток 25 А при 12 В в течение 80 минут. Не вдаваясь в математику, если вы непрерывно потребляете 120 Вт при 10 А, этого может хватить на три часа, возможно, восемь часов от морской батареи глубокого цикла.Но тогда придется подзарядить аккумулятор.

Причина, по которой я упоминаю об этом, заключается в том, что некоторые выберут портативный генератор для большинства дневных задач, связанных с отключением электроэнергии, а затем включат пару лампочек ночью от инвертора. Вы можете проработать пару 15-ваттных лампочек (2,5 А) в течение 12 часов от автомобильного аккумулятора.

Кроме того, генератор вашего автомобиля обычно может выдавать только 700 Вт. Таким образом, чтобы запустить инвертор мощностью более 300 Вт от автомобиля, вам необходимо подключить его напрямую к автомобильному аккумулятору с помощью кабелей, а затем вам нужно будет постоянно запускать двигатель автомобиля.Вот в чем смысл портативного газового генератора.

Так почему бы не использовать инвертор для питания всего, что он может? Затем, когда батареи разряжены или вам нужно включить большие нагрузки, запустите стандартный генератор на долгое время (не менее часа) для питания более тяжелых нагрузок. Тем временем позвольте зарядному устройству подзарядить батарею, чтобы инвертор получил эффективную мощность, как только вы будете готовы отключить генератор. Этот «один-два удара» позволяет наиболее эффективно использовать топливо (используя только загрязняющие вещества, когда вы получаете максимальную эффективность от своего топлива).Вы будете меньше использовать более шумный генератор и, что не менее важно, сэкономите деньги, так как вы будете использовать меньше топлива на те же использованные киловатт-часы.

Это может потребовать некоторых математических расчетов и некоторого планирования, но вы можете совместить хороший инвертор с небольшим генератором и воспользоваться преимуществами легкой, высокоэффективной и удобной системы.

Honda

Как обычные портативные генераторы, так и портативные инверторные генераторы используют ископаемое топливо для работы двигателя внутреннего сгорания.

Генераторы преобразуют механическую энергию в электричество посредством явления, называемого электромагнитной индукцией.Напряжение индуцируется движением проводника, обычно катушек проволоки, внутри магнитного корпуса.

В обычном генераторе каждый оборот двигателя производит одну волну блокировки переменного тока. Чтобы электричество производило стандартное электричество на 120 В и 60 Гц, обычно используемое в США, двигатель должен работать с постоянной скоростью 3600 об / мин, независимо от нагрузки или требуемой мощности.

Но десять лет назад Honda представила новый тип машины, известный как инверторный генератор.Он был меньше, легче, тише и эффективнее обычных моделей.

Инверторный генератор предназначен для выработки большего количества электроэнергии переменного тока за один оборот двигателя, но не в такой форме, которая может использоваться напрямую. Необработанное электричество сначала необходимо преобразовать в мощность постоянного тока.

См. Статью на этом сайте, объясняющую DC (постоянный ток) и AC (переменный ток). Обычно вы получаете постоянный ток от батареи и переменный ток от розеток.

Электронный инверторный модуль затем преобразует мощность постоянного тока обратно в стандартную мощность переменного тока 120 В, 60 Гц.Результирующий переменный ток уже не в блочных волнах, а в синусоидальных волнах. Это измеряется в общих гармонических искажениях (THD). Чтобы быть в безопасности с электроникой, поддерживающей микропроцессор, THD должен быть менее 6%. Инверторные генераторы обеспечивают это, в то время как стандартные портативные генераторы работают с 9% или более THD. Эта мощность от инверторных генераторов является сверхчистой и находится в форме, которая теперь может использоваться в чувствительном электронном оборудовании, таком как медицинские устройства.

В инверторном генераторе частота вращения двигателя изменяется в зависимости от требуемой электроэнергии, что значительно снижает шум и расход топлива по сравнению со стандартным переносным генератором.Конечным результатом является портативный генератор с уменьшенным весом и размером и сверхчистой мощностью.

Недостатки распространенных портативных генераторов

Одним из основных недостатков стандартного портативного генератора является то, что он может быть ужасно неэффективным и тратить много топлива, если не используется при полной (или, по крайней мере, большой) нагрузке в течение длительного периода времени.

Они могут излишне загрязнять окружающую среду с небольшой выгодой, когда они не используются на своих мощностях или рядом с ними.Например, используя генератор мощностью 4000 ватт, чтобы запустить лампочку на 100 ватт, вы тратите топливо на работу этого большого двигателя с небольшой пользой. Помните непрерывные 3600 оборотов в минуту?

Кроме того, обычные генераторы тяжелые и не очень хорошо работают. Поэтому они часто имеют большие размеры, чтобы соответствовать требованиям по нагрузке. Используются более крупные и тяжелые генераторы, поэтому имеется доступная большая импульсная мощность, необходимая для пусковых ватт, необходимых для электродвигателя (например, электроинструменты, холодильник / морозильник, кондиционер).Иначе во время помпажа генератор зависнет.

Преимущества портативного инверторного генератора

Hyundai

Инверторные генераторы

имеют ряд реальных преимуществ перед обычными генераторами. Прежде всего, они тихие. Стандартные портативные генераторы печально известны шумом во время работы. Оскорбление соседей или других любителей активного отдыха всегда вызывает беспокойство.

Кроме того, эти новые блоки намного легче и меньше: инверторные генераторы мощностью 1000 Вт весят около 30 фунтов и имеют размер небольшого кулера.

Инверторные генераторы

также примерно на 20 процентов более экономичны, чем обычные генераторы. Типичный блок мощностью 2000 Вт может работать при номинальной нагрузке почти четыре часа на галлоне топлива.

И, наконец, как упоминалось ранее, инверторные генераторы производят электричество, которое несколько безопаснее для чувствительного электронного оборудования, такого как ноутбуки.

Однако вы будете платить больше за киловатт портативного инверторного генератора. То есть инвертор на 2 кВт будет стоить вам намного дороже, чем стандартный генератор на 2 кВт.Это не помешало потребителям сделать их почти незаменимым бытовым прибором. Портативный инверторный генератор мощностью 1000 Вт становится обычным явлением для тех, кто видит ценность портативной энергии и понимает ограничения одновременного питания одного устройства.

Типичное применение инверторных генераторов

Generac

С самого начала инверторные генераторы предлагались тысячам отдыхающих, охотников и рыбаков, которые хотели вывести домашний комфорт на свежем воздухе, будучи менее громоздкими и более тихими.

Думайте о свежем воздухе. Вы делаете это под звездным небом. Но для необходимости, удобства и безопасности у вас есть мобильный телефон, верно? Инверторный генератор будет безопасно заряжать ваш телефон.

Они популярны в строительной отрасли, потому что рабочие могут включаться в 7 утра или в тихой зоне без грохота стандартного портативного генератора. Инвертор

В чем разница между ИБП и инвертором

Инвертор Схема ИБП Инвертор Инвертор ИБП Инверторы ИБП Инвертор
Сравнение ИБП и инвертора
Описания ИБП Инвертор
Определение UPS означает источник бесперебойного питания . Инвертор — это устройство, преобразующее электричество постоянного тока в переменный ток
Функция Это электрическая цепь (устройство), которая мгновенно обеспечивает резервное питание гаджета. Гаджет работает, продолжает работать без сбоев и повреждений нет.

Инвертор состоит из схем, которые преобразуют переменный ток в постоянный и хранятся в батарее. Когда источник питания отключается, эта мощность постоянного тока преобразуется обратно в переменный ток и передается на соответствующее электронное устройство.
Принципы Сначала он преобразует переменный ток в постоянный для зарядки аккумулятора, а затем преобразует постоянный ток в переменный (инвертор), и эта мощность переменного тока подается на нагрузку. Однако ИБП контролирует уровень входного напряжения и обрабатывает его с точки зрения регулирования напряжения.

ИБП = зарядное устройство + инвертор

преобразует мощность постоянного тока (хранящуюся в его батарее) в мощность переменного тока, подаваемую на устройства. Обычно аккумулятор заряжается от сети переменного тока.Он использует реле и датчики для определения, когда использовать питание постоянного или переменного тока для питания постоянного тока.
Время резервного копирования Кратковременное резервное питание Резервное питание на длительное время
Типы (а) автономный ИБП, (б) онлайн-ИБП и (в) линейно-интерактивный ИБП.

(а) прямоугольная волна, (б) квазиволна,

(c) Синусоидальная волна

Основная часть Выпрямитель / зарядное устройство, инвертор, контроллер Инвертор и контроллер.
Время переключения от 3 до 8 миллисекунд. 500 миллисекунд.
Колебания напряжения Хотя колебания входного напряжения можно регулировать с помощью ИБП, желательно, чтобы выходные напряжения были как можно более плавными.

По сглаживанию выходных напряжений ИБП считаются лучшими по сравнению с инвертором.

Инвертор не дает защиты от колебаний напряжения
Сложность схем намного сложнее, чем у инвертора имеет простую схему, чем ИБП
Стоимость ИБП дороже инвертора. дешевле, чем ИБП
Приложение используются для электронных приложений, таких как компьютеры, серверы, сетевые коммутаторы, рабочие станции, медицинское оборудование, технологическое оборудование, которые выполняют критические задачи и не допускают задержек в подаче питания. предпочтительнее для общего электрического применения, на работу которого не влияют длительные задержки в подаче питания.
Защита обеспечивает защиту от скачков и падений напряжения, нестабильности основной частоты и гармонических искажений не обеспечивает защиты от сбоев в работе линии.
Аккумулятор Б / у герметичный необслуживаемый аккумулятор (SMF) Б / у плоская пластина или трубчатая батарея
Обслуживание батареи Не требуют обслуживания. Требуется постоянное обслуживание, необходимо через определенные промежутки времени доливать дистиллированную воду.
Энергопотребление Еще за счет постоянной зарядки аккумулятора Меньше

AC-муфта и фактор 1.0 правило [Victron Energy]

1. Введение в концепцию муфты переменного тока

Вы уже знакомы с концепциями связи по переменному току и регулирования выходной мощности фотоэлектрического инвертора путем сдвига частоты? Перейти к требованиям и ограничениям:

1.1 Что такое муфта переменного тока?

В системе с подключением по переменному току фотоэлектрический инвертор, подключенный к сети, подключается к выходу Multi, Inverter или Quattro.Фотоэлектрическая энергия сначала используется для питания нагрузок, затем для зарядки батареи, и любая избыточная фотоэлектрическая энергия может быть возвращена в сеть.

Когда Multi или Quattro подключены к сети, эта избыточная мощность фотоэлектрического инвертора автоматически возвращается в сеть.

Когда Multi или Quattro работает в инверторном режиме, отключившись от входа переменного тока, он создает локальную сеть: микросеть. PV инвертор принимает эту микросеть и, следовательно, будет работать даже во время отключения электроэнергии.Фотоэлектрическая энергия может даже использоваться для зарядки батарей: когда фотоэлектрической энергии доступно больше, чем используется нагрузкой, она автоматически проходит через инвертор в обратном направлении и заряжает батареи. Эту мощность необходимо регулировать, чтобы предотвратить перезарядку батарей, а также перегрузку инвертора / зарядного устройства. Вот где на картинке появляется «сдвиг частоты», см. Следующий раздел.

Особенности:

  • Муфта переменного тока доступна в однофазных, двухфазных, а также трехфазных системах.

  • Victron Multis и Quattros могут предотвратить обратную подачу фотоэлектрической энергии в сеть.

  • Системы только с подключенным к сети фотоэлектрическим инвертором выйдут из строя при отключении сети. Система микросетей будет продолжать работать и даже будет использовать солнечную энергию.

  • Также возможно запустить микросеть с переменным током на генераторе

  • Если питание будет подаваться обратно в сеть, возможно, потребуется добавить в систему устройство защиты от изолирования, в зависимости от местных норм.

1.2 Что такое сдвиг частоты?

Сдвиг частоты используется для регулирования выходной мощности сетевого фотоэлектрического инвертора или сетевого инвертора ветра путем изменения частоты переменного тока. MultiPlus (или Quattro) автоматически регулирует частоту, чтобы предотвратить перезарядку аккумулятора. См. Также главу «Пример и предыстория».

Для получения информации о настройке см. Главу 4.

2. Правило Фактора 1.0

Максимальная фотоэлектрическая мощность должна быть равна или меньше номинальной мощности инвертора / зарядного устройства (ВА)

2.1 Определение правила

Как в подключенных к сети, так и в автономных системах с фотоэлектрическими инверторами, установленными на выходе Multi, Inverter или Quattro, существует максимум фотоэлектрической мощности, которая может быть установлена. Этот предел называется правилом коэффициента 1.0 : 3.000 ВА Multi> = 3.000 Вт установленной солнечной энергии. Таким образом, для Quattro мощностью 8000 ВА максимум составляет 8000 Вт, для двух параллельно подключенных Quattro мощностью 8000 ВА максимум составляет 16000 Вт и т. Д.

2.2 Пример и фон

Чтобы понять предысторию, рассмотрим следующую ситуацию: фотоэлектрический инвертор работает на полную мощность, обеспечивая большую нагрузку.Multi находится в инверторном режиме. Затем внезапно и сразу эта нагрузка отключается. В этот момент фотоэлектрический инвертор продолжит работать на полной мощности, пока частота переменного тока не будет увеличена. Увеличение этой частоты займет очень короткое время, но в течение этого времени вся энергия будет направлена ​​на батареи, так как ей некуда идти. Это вызывает следующее:

  • Когда батареи (почти) полностью заряжены, напряжение в батареях резко возрастает, что может привести к отключению Multi в аварийном сигнале перенапряжения постоянного тока.

  • Тот же самый скачок вызовет скачок выходного переменного напряжения Multi, так как эти два напрямую связаны, и когда скачок напряжения батареи высокий и достаточно быстрый, Multi никогда не сможет регулировать свои ШИМ достаточно быстро, чтобы предотвратить всплеск на AC. Этот всплеск может повредить фотоэлектрический инвертор, Multi, а также любые подключенные нагрузки и другое оборудование.

  • Еще одна проблема в том, что Multi запускает защиту по току заряда.

  • В лучшем случае он мог бы немедленно выключить сетевой инвертор, установив частоту переменного тока на частоту отключения, как сконфигурировано в помощнике.

Не проблема перегрузить сетевой инвертор, установив больше солнечных панелей. Некоторые люди делают это, чтобы увеличить выработку солнечной энергии зимой или в дождливую погоду. Обратитесь к таблице данных фотоэлектрического инвертора, чтобы узнать максимально допустимую установленную фотоэлектрическую мощность. Два раза превышающие паспортные данные инвертора или даже больше — не редкость!

2.3 Предел зарядного тока

Другой часто задаваемый вопрос: как этот коэффициент может быть равен 1,0? Поскольку зарядное устройство внутри 3000 ВА Multi не 3000 ВА, а ближе к 2000 ВА? Объяснение заключается в том, что он будет регулировать.Другими словами: когда поступает слишком много мощности, в результате чего ток заряда превышает предел, он снова увеличит выходную частоту и продолжит регулировать выходную частоту переменного тока для зарядки с пределом.

Например, 3000 ВА Multi с 3000 Вт солнечной энергии, вырабатываемой фотоэлектрическим инвертором:

  1. Когда Multi подключен к сети, все 3000 Вт могут быть возвращены в сеть через Multi, без проблем.

  2. Если Multi не подключен к сети, мощность 3000 Вт больше, чем может выдержать зарядное устройство Multi 3000 VA.Зарядное устройство имеет мощность около 2000 Вт. Поэтому помощник сетевого инвертора автоматически увеличит частоту, чтобы уменьшить выходную мощность сетевого инвертора, чтобы соответствовать максимальному току заряда.

2.4 Следует ли смотреть на общую фотоэлектрическую батарею или на номинал фотоэлектрического инвертора?

Упомянутые 3000 Вт и 8000 Вт — это пик мощности, который можно ожидать от солнечной системы. Таким образом, для крупногабаритного фотоэлектрического массива, где общее количество установленных фотоэлектрических панелей превышает мощность фотоэлектрического инвертора, вы берете Wp с инвертора.Например, установленных солнечных панелей мощностью 7000 Вт с сетевым инвертором мощностью 6000 Вт, в расчетах будет использовано значение 6000 Вт.

А для небольшого фотоэлектрического массива, где общий Wp установленных фотоэлектрических панелей меньше, чем установленный инвертор фотоэлектрической сети, вы используете Wp от фотоэлектрических панелей в своих расчетах.

3. Минимальная емкость аккумулятора

Помимо соотношения между установленной фотоэлектрической мощностью и номинальной мощностью инвертора / зарядного устройства, важно также иметь аккумулятор достаточного размера.Минимальная емкость аккумулятора зависит от типа аккумулятора, свинцового или литиевого.

Обратите внимание, что, помимо минимальной емкости батареи, указанные размеры часто также являются наиболее экономичным размером батареи. В случае использования в целях собственного потребления. В случае если целью является увеличение автономности, конечно, установка большой батареи увеличивает автономность системы в случае отказа сети.

3.1 Свинцовые батареи

Установленная фотоэлектрическая мощность на 1 кВтп требует примерно 5 кВтч батареи:

  • 100 Ач при 48 В постоянного тока

  • 200 Ач при 24 В постоянного тока

  • 400 Ач при 12 В постоянного тока

3.2 литиевые батареи

Для установленной фотоэлектрической мощности 1,5 кВт необходимы:

  • 100 Ач при 48 В постоянного тока

  • 200 Ач при 24 В постоянного тока

  • 400 Ач при 12 В постоянного тока

4 Требование добавления муфты постоянного тока — солнечные зарядные устройства MPPT

Не требуется для систем хранения энергии в Германии или других надежных сетей.

Требуется для автономных систем, а также для систем резервного копирования, которым необходимо преодолевать расширенные сбои сети.

Причина: выход из тупиковой ситуации только для AC-Coupling.

5 Конфигурация программного обеспечения

Multis и Quattros с заводскими настройками не изменяют выходную частоту переменного тока для регулирования тока заряда. При настройке системы с подключением по переменному току установите либо ESS Assistant (для систем, подключенных к сети), либо помощник поддержки фотоэлектрического инвертора (для автономных систем).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.