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

Содержание

Автономные инверторы напряжения, виды, устройство и принцип работы, как выбрать

В последнее время в связи с постоянным ростом стоимости электроэнергии и увеличением популярности “зеленых” технологий получения электричества все большую популярность получает применение солнечных батарей. Более того, этот и иные аналогичные им средства выделяют в отдельную группу называемой альтернативной энергетики.

В средних широтах нашей страны солнечные батареи могут нормально функционировать только в весенне-летний период. Тем не менее, технико-экономический анализ демонстрирует определенную выгодность ее установки.

Основная проблема заключается в том, что солнечный генератор согласно физике своей работы может штатно выполнять свои функции только днем, а в пасмурную погоду, вечером и утром его эффективность по меньшей мере резко падает. Поэтому условием нормальной эксплуатации становится обязательная комплектация собственно батареи дополнительными устройствами.

Что такое автономный инвертер

Инвертором в технике электроснабжения называется устройство, обеспечивающее переход от постоянного напряжения к переменному.

Как один из функциональных модулей он входит в перечень обязательных блоков солнечной батареи и позволяет получить из постоянного тока стандартное сетевое однофазное или трехфазное напряжение.

В зависимости от конструктивных особенностей, применяемой схемы включения и перечня решаемых задач инвертор может иметь различное исполнение, что в схематической форме отражено на классификации рисунка.

Рисунок 1. Иерархия инверторов

Устройство вполне допустимо рассматривать как источник бесперебойного питания с расширенными функциональными возможностями.

При этом от обычных ИБП начального уровня он отличается в первую очередь следующими основными признаками:

  • содержит несколько равноправных входов для подключения к ним различных источников электрической энергии;
  • самостоятельно управляет источниками получения электроэнергии, обеспечивая нормируемое стандартами напряжение и частоту силовой сети во всем диапазоне разрешенных нагрузок;
  • обеспечивает полную развязку внешнего электрического ввода от внутридомовой сети, для которой функции источника электрической энергии вне зависимости от режима работы всегда берет на себя инвертор.

Последняя особенность определила общепринятое обозначение этого устройства как автономного инвертора.

Где используется и как включается

Применительно к солнечной энергетике автономный инвертор как устройство, которое выполняет в первую очередь функции выбора одного из возможных источников электроснабжения, устанавливается между выходом солнечной батареи и вводным щитком.

Место установки диктуется простыми соображениями: потребитель электричества не должен знать, от какого источника он получает электроэнергию в данный конкретный момент времени, а необходимое качество этой энергии, в т.ч. в момент переключения между источниками, определяется выбором соответствующих схемных решений и используемой элементной базы.

Из соображений обеспечения максимальной эксплуатационной гибкости внутридомовой проводки подключение внешнего ввода физически также может осуществляться на домовой вводной щиток, что отдельно выделено на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема взаимодействия внешней сети, автономного инвертора, вводного щитка и потребителей в штатном режиме работы

При этом данный ввод снабжается всеми необходимыми аксессуарами и автоматами для защиты от короткого замыкания, чрезмерно больших токов утечки и аналогичных им.

Сильная сторона такого подхода заключается в том, что позволяет в случае необходимости, без проблем простой перекоммутацией буквально нескольких выводов перейти на типовую схему электроснабжения, в которой отсутствуют альтернативные источники.

Устройство

Автономный инвертор с функциональной точки зрения представляет собой источник бесперебойного электропитания, дополненный многовходовым силовым коммутатором, формирователем выходного напряжения и снабженный блоком управления.

Алгоритм функционирования блока управления в ряде случаев может меняться в достаточно широких пределах.

Структурная схема этого устройства, на которой указаны отдельные блоки и приведены особенности их взаимодействия, представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Упрощенная структурная схема автономного инвертора

Считается, что согласование по типу тока (постоянный – переменный) и величин напряжений конкретного входа и общего выхода осуществляется в схеме коммутатора.

Внешний ввод, солнечная и аккумуляторные батареи, а также бензогенератор в данном случае рассматриваются как взаимно дополняющие друг друга источники энергии и не могут функционировать параллельно.

Порядок их подключения к выходу вводного щитка для последующего питания силовых потребителей может быть задан жестко с учетом приоритетов, установленных разработчиком оборудования.

У старших моделей инверторов имеется возможность самостоятельного определения этой последовательности пользователем или разработчиком проекта путем соответствующего программирования.

Это позволяет полноценно принять во внимание местные особенности электрохозяйства, реализуемого на конкретном объекте жилой недвижимости.

При соответствующем программировании в режиме получения энергии от внешнего ввода или бензогенератора дополнительно возможен также заряд аккумуляторной батареи до уровня полной или иной также выбираемой емкости.

Отличие от сетевого и гибридного инвертера

Потенциально все описанные функции может выполнять также т.н. гибридный инвертор, который под этим углом зрения допустимо рассматривать как наиболее технически совершенный представитель техники рассматриваемой разновидности.

Его основное отличие – возможность возврата излишков вырабатываемой электроэнергии обратно в сеть.

Практическому применению гибридных инверторов препятствует преимущественно не технические проблемы реализации этой техники, а отсутствие соответствующей правовой базы.

Действующие нормативные документы не предусматривают саму возможность самостоятельной выработки электроэнергии частным лицом и ее продажу энергосбытовой компании.

Прямым следствием такого положения дел становится также отсутствие серийных сертифицированных двухнаправленных счетчиков как оборудования, которое необходимо для выполнения взаимных расчетов после завершения отчетного периода (например, привычный для всех календарный месяц).

С учетом иерархии, представленной на рисунке 1, сетевой инвертор считается на фоне гибридного устройством более низкого класса, который реализует следующий простой двухрежимный алгоритм функционирования:

  • днем при наличии достаточной мощности, отдаваемой солнечной батареей, внутридомовая сеть отключена от электрического ввода и полностью обеспечивается электрической энергией от альтернативного источника;
  • утром, вечером и ночью, а также в пасмурную погоду, когда солнечная батарея не в состоянии обеспечить нормальное функционирование домовых потребителей, инвертор отключается и за счет байпасного переключателя электроснабжение домохозяйства полностью выполняется от сети электросбытовой компании.

Виды по способу переключения тока

Отдельно выделенный на схеме рисунка 3 формирователь выходного напряжения 220 или 380 В, который обязательно присутствует в составе любого инвертора, реализуется только по импульсной схеме.

Выгодность такого решения определяется тем, что при нахождении ключевого полупроводникового элемента в полностью открытом и полностью закрытом состоянии за счет минимального напряжения или, соответственно, минимального тока достигается значительное снижение мощности бесполезных потерь энергии.

Все это позволяет нарастить общий КПД устройства до значений свыше 90%, рисунок 4.

Рисунок 4. Мгновенное и среднее КПД инвертора импульсного типа

Фактически основные потери происходят в момент перехода их одного состояния в другое, что определяет наличие дополнительных высоких требований к ключевым элементам устройства и их быстродействия.

Особенность импульсных схем состоит в том, что в отличие от аналоговых, выходное напряжение представляет собой не чистую, а т.н. аппроксимированную синусоиду.

Читайте также:

Качество формирования этой синусоиды и степень ее близости к нормальной во многом определяется быстродействием и сопротивлением в открытом и закрытом состояниях ключевых полупроводниковых приборов.

В качестве таковых могут выступать:

  • мощные транзисторы, в т.ч. IGBT-типа;
  • тиристоры различной структуры.

Ключевые компоненты, построенные на мощных транзисторах, находят применение преимущественно в маломощных инверторах.

При переходе к средним и, тем более, высоким мощностям начинает сказываться такое недостаток транзистора, как несколько повышенная по сравнению с тиристорами величина падения напряжения в открытом состоянии, что сопровождается быстрым падением КПД.

В инверторах средней и высокой мощности полупроводниковые ключи реализуют на одно и двухоперационных тиристорах, которые за счет внутренней положительной обратной связи позволяют заметно уменьшить длительность переходного процесса от открытого до запертого состояния и наоборот.

По своим параметрам эти приборы могут считаться достаточно близкими аналогами, но двухоперационный вариант тиристора за счет передачи части управляющих функций непосредственно на полупроводниковую структуру позволяет получить более простые схемные решения с меньшим количеством компонентов и, соответственно, отличается большей надежностью.

Принцип работы генератора двухтактного типа
Второй ключевой (после коммутатора) компонент инвертора – генератор переменного напряжения.

В схемотехнике автономных инверторов наибольшее распространение получило построение такого генератора по двухтактной (балансной) схеме.

Вне зависимости от разновидности используемого в ней ключевого элемента (транзистор тиристоры) для получения переменного выходного напряжения используют балансную схему, основные компоненты которой приведены на рисунке 5.

Рисунок 5. Упрощенная схема двухтактного (балансного) генератора однофазного переменного напряжения автономного инвертора

Схема функционирует следующим образом. Постоянное напряжение, создаваемое источником «И» (его функции в зависимости от режима работы могут выполнять солнечная батарея, выпрямитель бензогенератора или сетевого ввода, аккумулятор) прикладывается к ключевым элементам «К», которые включены параллельно, и средней точке первичной обмотки выходного трансформатора.

За перевод ключевых элементов «К» из одного состояние в другое отвечает схема управления «СУ», которая собрана таким образом, чтобы ключевые элементы «К» работали только в противофазе и создавали отмеченные на схеме токи I1 и I2, которые имеют противоположное направление.

Верхний элемент «К» отвечает за формирование положительной полуволны напряжения, а нижний – отрицательной.

Выходной трансформатор обеспечивает симметричное относительно нуля силовое переменное напряжение, а также позволяет получить требуемую по правилам электробезопасности гальваническую развязку отдельных блоков силовой сети.

Схема управления может реализовывать различные стратегии, в т.ч. использовать хорошо отработанную и удобную со схемотехнической точки зрения ШИМ-модуляцию.

Принцип работы генератора инвертора резонансного типа

Резонансная схема построения генератора автономного инвертора уступает по популярности двухтактной, в т.ч. из-за сложностей обеспечения нормального функционирования на холостом ходе.

Со схемотехнической точки зрения выгодно отличается от своего двухтактного аналога возможностью реализации только на одном активном элементе (из-за довольно низкого КПД при мощностях свыше 200 – 300 Вт становится неэффективной).

Идея резонансной схемы состоит в том, что переменное напряжение создается колебательным контуром, т.е. при правильном подборе параметров и, в первую очередь выбора номиналов L и С его форма будет близка к синусоидальной.

Одиночный ключевой элемент или их комбинация предназначен для ввода в этот контур энергии от источника постоянного тока, что позволяет компенсировать внутренние потери и создать соответствующую работу в нагрузке.

В зависимости от вида соединения колебательного контура и нагрузки такие генераторы делят на последовательные, параллельные и частично параллельные.

Дополнительно различают схемы закрытого и открытого типа, отличие между которыми состоит только в том, протекает ли постоянный ток через индуктивность.

При его наличии говорят о закрытых схемах, а при отсутствии – о открытых резонансных генераторах.

Одна из возможных схем простейших резонансных инверторов приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Упрощенная схема генератора автономного инвертора резонансного типа

Применение конденсаторов и обратных диодов в схемах автономных резонансных инверторов

Определенное увеличение КПД преобразования достигается введением в состав схемы резонансных инверторов различных дополнительных элементов. Чаще всего используют конденсаторы и т.н. обратные диоды.

Конденсатор С1 на рисунке 6 включается параллельно нагрузке при наличии у нее существенной индуктивности. Назначение этого элемента – максимизация параметра cosφ.

Суть применения т.н. обратных диодов, которые включают встречно-параллельно каждому ключевому элементу, состоит в создании условий для рекуперации энергии, накопленной в реактивных элементах, за счет возврата ее в источник постоянного напряжения.

Любой из обратных диодов заперт в открытом состоянии ключевого элемента и открывается при переходе в запертое, что позволяет “сбросить” энергию реактивных элементов L и С обратно в источник «И».

Читайте также:

Критерии выбора автономных инверторов

При выборе автономного инвертора обратите внимание на несколько главных характеристик. Выделим главные параметры и их особенности.

Количество фаз

При выборе числа фаз учтите следующие моменты:

  1. Если к вашему дому походит трехфазное напряжение (380 В), автономный инвертор также должен быть трехфазным.
  2. В ситуации, когда к автомату подключено только однофазное напряжение (220 В), оборудование должно быть соответствующим.

Номинальная / пиковая мощность на выходе

Оптимально, чтобы номинальная мощность автономного инвертора равнялась сумме нагрузок (потребителей в доме). Для надежности лучше покупать оборудование с запасом и учетом пусковых токов.

Фактор пусковых I характерен для холодильного оборудования, насосов и иной техники с индукционной нагрузкой. В ней токи в момент запуска могут в 7-10 раз превышать номинальный параметр.

Для расчета перемножьте пусковой ток на напряжение в доме и сравните с пиковым параметром мощности (первый показатель должен быть ниже).

Если разработчик не указал пиковый мощностной параметр автономного инвертора, это означает, что номинальный параметр в реальности пиковый.

Форма U вых

Это ключевой параметр, от которого зависит качество работы приемников.

Здесь выделяется три типа:

  1. Чистый синус.
  2. Квази синусоида.
  3. Прямоугольная синусоида.

Во избежание проблем в эксплуатации и повреждения оборудования рекомендуется выбирать автономный инвертор с правильной синусоидой.

Это связано с тем, что индуктивная нагрузка очень чувствительная к форме напряжения. Если на выходе устройства прямоугольная синусоида, основное оборудование не будет работать и может поломаться.

Квази синусоида — некий компромисс между чистой и прямоугольной синусоидой. Большая часть моделей автономных инверторов, представленных на рынке и имеющих такую характеристику, являются качественными. Но нужно быть осторожным, ведь попадаются и малонадежные варианты.

Защита оборудования

Хорошая модель автономного инвертора должна обладать полным набором разного рода защитных характеристик.

Выделим основные виды защит:

  • от перегрева;
  • защита АКБ;
  • от КЗ;
  • от перегруза на выходе.

Если на модели установлен вентилятор для принудительного снижения температуры, уточните у консультанта, функционирует ли он во всех ситуациях или включается только при повышении нагрузки выше определенного значения.

В лучших моделях вентилятор выключается при минимальной нагрузке. Как результат, автономный инвертор издает меньше шума, что важно при его установке в жилом доме.

КПД

По параметру КПД можно понять, сколько энергии устройство расходует без пользы. Лучшие представители имеют КПД в диапазоне от 90 до 95%. Если этот параметр меньше 90%, 1/10 часть энергии будет расходоваться впустую, что является недопустимым для солнечных станций.

Собственное потребление

Показатель отображает, какую мощность потребляет оборудование без подключенной к нему нагрузки. Оптимально, если этот параметр составляет не больше 1% от номинальной мощности.

К примеру, если Sном автономного инвертора (номинальная мощность) составляет 3000 Вт, собственное потребление не должно превышать 30 Вт. Если устройство будет постоянно включено в сеть, лучше выбирать модель с низким параметром мощности.

Наличие спящего / дежурного режима

Суть опции состоит в отключении устройства, если оно не используется длительное время и отсутствует нагрузка.

В этом случае собственная мощность опускается до трех-шести Ватт. При этом автономный инвертор находится в режиме постоянного отслеживания тока, чтобы в любой момент включиться на полную мощность.

Но есть особенность. Во избежание трудностей с питанием девайсов, имеющих небольшие нагрузки, нужна опция ручного отключения дежурного / спящего режима. В этом случае владелец сможет сам активировать и деактивировать функцию в случае необходимости.

Если отключение не предусмотрено, возможна ситуация, когда автономный инвертор останется в дежурном режиме при подключении маломощной нагрузки, к примеру, зарядки.

В завершение отметим, что не берите слишком дешевые устройства, ведь их качество может оказаться далеким от идеала. Лучше выбирать модели с учетом производителя, характеристик и других параметров.

Популярные модели

Чтобы упростить выбор, рассмотрим несколько моделей автономных инверторов, выделим их нюансы и параметры.

Инвертор / ИБП SILA EP20-300

Модель SILA EP20-300 — универсальное оборудование, сочетающее в себе опции источника бесперебойного питания, ЗУ и преобразователя.

Предусмотрена возможность автоматического перевода режимов поступления U от АКБ или от сети. Обеспечивает непрерывную работу подключенного оборудования.

Инвертор применяется в роли ИБП (при наличии АКБ) или в комплексе с солнечной электростанцией (потребуется внешний контроллер заряда). Страна-изготовитель — Тайвань.

Основные параметры:

  1. Защита от КЗ, высокого и низкого напряжения.
  2. Быстрое переключение — 6 мс.
  3. Автозапуск после работы защиты.
  4. LCD-дисплей.
  5. Автоматическая зарядка (3-шаговая): постоянный ток / напряжение, поддержка заряда.
  6. Чистый синус на выходе.

Характеристики:

  1. Большой диапазон U на выходе — от 140 до 280 В.
  2. Регулировка тока — от 5 до 10 А (задается программой).
  3. Стабилизация U на выходе.
  4. Номинальная / максимальная мощность — 300 / 900 Вт.
  5. Напряжение АКБ — 12 В.
  6. КПД — 90%.
  7. Личное потребление — 24 Вт.
  8. Гарантия — 2 года.

Модель SILA EP20-300 способна работать при влажности от 0 до 90% и в широком диапазоне температур. Размеры автономного инвертора всего 31,5х14,5х21 см, а вес — 7,5 кг. В продаже имеются аналогичные модели на мощности 600 и 1000 Вт.

Читайте также:

Инвертор / ИБП Must EP3000 Pro 1K

Модель, сочетающая в себе опции ЗУ, преобразователя напряжения и ИБП.

Имеется опция автоматического перевода режимов работы — от АКБ и от сети. Активно применяется в качестве ИБП (нужен АКБ) и солнечной электрической станции (требуется внешний контроллер). Страна-производитель — Тайвань.

Плюсы:

  1. Наличие трансформатора.
  2. Способность работать при 3-кратном перегрузе.
  3. Быстрое время переключения — до 10 мс.
  4. LCD-экран.
  5. Возможность выбора зарядного тока.
  6. Авто-режим заряда (3-шаговый).
  7. Автозапуск после срабатывания защиты.
  8. Стабилизация U на выходе.
  9. Защита от КЗ и перегрузки.

Главные параметры:

  1. Мощность — 1000 Вт (максимальная — 3000 ВА).
  2. U аккумулятора — 12 В.
  3. U на выходе — 220-240 Вт.
  4. Собственный ток потребления — 5 А
  5. Ток заряда АКББ — 35 А.
  6. Напряжение на выходе — от 155 до 280 В.
  7. Гарантия — два года.

Модель ИБП Must EP3000 Pro 1K работает при влажности от 0 до 90%, имеет габариты 42,6х20,6х17,8 см и весит 16,5 кг. На рынке имеются модели большей мощности — от 2 до 6 кВт.

SolarWorks VM 3000-24 Plus (PF 1.0)

Модель используется в качестве основного и резервного источника снабжения. Сочетает в себе опции контролера заряда, инвертора, а также ЗУ для подзаряда АКБ от 220 В.

Инвертор собирает энергию от солнечных батарей, сети или солнечных модулей, а после выдает ее в сеть. Как результат, потребители получают бесперебойное питание. Подходит для офисов и домов. Часто применяется для защиты серверных, ПК, отопительных котлов.

Особенности:

  1. Выходное U — чистый синус.
  2. Три режима функционирования: автономный, параллельно (с сетью с резервным источником).
  3. Внушительный ЖК-дисплей, отображающий необходимую информацию.
  4. Авто перезапуск при восстановлении питания.
  5. Настройка уровня заряда АКБ, 3-ступенчатый режим.
  6. Защита от перегрева, КЗ и перегруза.
  7. Возможность подключения к ПК.
  8. Изменение диапазона U на входе.
  9. Продуманная конструкция, положительно влияющая на производительность АКБ.

Главные характеристики:

  1. Бренд Solarworks.
  2. Страна-производитель — Китай.
  3. Вид контроллера — МРРТ.
  4. Наибольшая мощность солнечных батарей — 1,5 кВт.
  5. Рабочее напряжение — от 30 до 115 В.
  6. Наибольший ток заряда от сети / солнечной панели — 60 А.
  7. Номинальная / пиковая мощность — 3 кВт / 6 кВт.
  8. Ном. U АКБ / поддержания заряда — 24 / 27 В.
  9. КПД — 90-93%.
  10. Гарантия — 12 месяцев.

Модель SolarWorks VM 3000-24 Plus работает при влажности от 5 до 95%, имеет габариты 10х30х44 см и вес 9,5 кг.

Victron Energy EasySolar 48/3000/35-50

Рассматриваемая модель комплектуется одним или двумя МРРТ-контроллерами, встроенными в корпус оборудования и обеспечивающими заряд батареи от сети.

Особенности:

  1. Бренд — Victron Energy.
  2. Производитель — Нидерланды.
  3. Количество фаз — одна.
  4. Индикация — светодиоды.
  5. Защита — от КЗ, перегруза, перегрева, повышенного напряжения и низкого напряжения АКБ.

Характеристики:

  1. Номинальная мощность — 2,5 кВт.
  2. U на входе — от 38 до 63 В.
  3. U на выходе — 230 В.
  4. КПД — 95%.
  5. Гарантия — 5 лет.
  6. Габариты — 36,2х37,4х21,8 см.
  7. Масса — 21 кг.

ABi-Solar SL MPPT 5048

Модель ABi-Solar SL MPPT 5048 представляет собой автономный инвертор с МРРТ-контроллерами или PWM-контроллерами заряда.

В зависимости от ситуации могут выполнять опции контроллера заряда, инвертора и сетевого зарядного устройства. Допускается применение в качестве ИБП.

Особенности:

  1. На выходе — чистый синус.
  2. Параметры входного U — имеется возможность настройки.
  3. Возможность изменения тока заряда и приоритета АКБ.
  4. Работа от напряжения промсети или генератора.
  5. Автозапуск после восстановления U.
  6. Несколько видов защит — от КЗ, перегрева и перегрузки.
  7. Опция холодного пуска.

Характеристики:

  1. Бренд — ABi-Solar.
  2. Страна-производитель — Тайвань.
  3. Номинальная мощность — 4 кВт.
  4. КПД — 93%.
  5. Индикация — LCD-дисплей.
  6. Габариты — 14х29,5х54 см.
  7. Вес — 13,5 кг.
  8. Количество фаз — одна.
  9. Гарантия — год.

SMA Sunny Island 3324

Универсальная модель, которая подходит для автономных систем среднего и малого уровня, имеющих мощность от двух до пяти киловатт. Работает без сбоев при высоких температурах и плохой погоде.

Особенности:

  1. Бренд — SMA.
  2. Страна-производитель — Германия.
  3. Защита от полного разряда аккумулятора.
  4. Тепловая защита.
  5. Количество фаз — три.
  6. LCD-дисплей с основной информацией.

Характеристики:

  1. Номинальная мощность — 3,3 кВт.
  2. Напряжение на входе / выходе — от 172,5 до 250 В / 230 В
  3. КПД — 94,5%.
  4. Габариты — 59х39х24,5 см.
  5. Вес — 39 кг.
  6. Гарантия — 5 лет.

iMars BN3024E

Автономный инвертор iMars BN3024E — универсальная модель с качественной синусоидой, сравнительно высоким КПД и удобным управлением.

Производитель предусмотрел встроенный солнечный контроллер, возможность работы с генераторами, солнечными панелями и возобновляемыми источниками энергии.

Особенности:

  1. На выходе — чистый синус.
  2. Возможность перегрузки до 300%.
  3. Стабильное U на выходе.
  4. Три ступени заряда с интеллектуальной системой.
  5. Регулировка напряжения.
  6. Быстрое переключение — до 10 мс.
  7. Контроль показателей с помощью LCD-дисплея.

Характеристики:

  1. Бренд — iMars.
  2. Страна-производитель — Китай.
  3. Номинальная мощность — 3000 Вт.
  4. Количество фаз — одна.
  5. U на входе — от 155 до 272 В.
  6. Напряжение АКБ — 24 В.
  7. КПД — 88%.
  8. Индикация — светодиоды.
  9. Габариты — 18х26,4х46 см.
  10. Вес — 26 кг.
  11. Гарантия — год.

Заключение

Рынок автономных инверторов достаточно широк, чтобы подобрать модель с учетом особенностей дома, офиса или другого объекта. Главное при покупке — смотреть не только на стоимость, но и на характеристики, репутацию бренда надежность и гарантийный срок службы устройства.

Инверторы. Принцип действия.

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.

Синус или меандр?

Большинство потребителей даже и не задумываются какова форма выходного напряжения данного прибора. А ведь большинство представленных на рынке приборов выдают не «чистый синус», а так называемый «модифицированный синус». Здесь вы найдете статью про чистый синус.

Мы предлагаем следующие продукты

  1. Солнечные фотоэлектрические модули мощностью от 5 до 230 Вт — монокристаллические и поликристаллические.
  2. Компоненты систем автономного электроснабжения на основе солнечных батарей — аккумуляторы, инверторы и блоки бесперебойного питания, контроллеры заряда, разъемы, провода, автоматы постоянного и переменного тока и т.п.
  3. Портативные солнечные системы — различные переносные и передвижные фотоэлектрические станции для оперативного электроснабжения мобильных устройств
  4. Фотоэлектрические комплекты для электроснабжения маломощной нагрузки на даче, в загородном доме, полевом стане, животноводческой стоянке и т.п.
  5. Солнечные фотоэлектрические системы «под ключ» — для электроснабжения отдельных домов, производственных объектов и т.п., включая системы постоянного тока, переменного тока, а также переносные и передвижные системы
  6. Автономные фотоэлектрические станции для электроснабжения:
  • систем телекоммуникаций
  • удаленных критичных к надежному электроснабжению объектов (например, больниц)
  • систем ирригации и водоподъема
  • отдельных удаленных домов
  • систем электрификации сельских домов, дач, и т.п

Принцип работы инвертора. | Экопроект-Энерго

Неотъемлемой частью в работе системы солнечных генераторов являются фотоэлектрические инверторы. Важен не только правильный подход к выбору самого оборудования, но также и его установка. А предназначены инверторы для преобразования постоянного тока в переменный. Исходя из этого, следует добавить, что фотоэлектрический инвертор для солнечных панелей выступает в роли центра всей системы обеспечения солнечной энергией. Так как существует множество видов самых разных инверторов, то для разных нужд следует подбирать его индивидуально. Но мало просто подобрать наиболее подходящее оборудование, правильная установка также немаловажна.

 

 

Рассмотрим три типа инверторов – автономныйсинхронный и гибридный (многофункциональный).

 

 

Автономные инверторы являются трансформаторами постоянного тока в переменный ток по аккумуляторной цепи. Вырабатываемый переменный ток может использоваться для питания различной бытовой техники вместе с питанием от обычной электросети.

 

 

 

Синхронные инверторы способны сохранять получаемую энергию. В таком случае лишняя неиспользуемая энергия идёт напрямую в основную сеть, а это значит, что вас не побеспокоит внезапное отключение электроэнергии, ведь аккумулятор будет уже заряжен. Также, во время пасмурной погоды, когда производительность солнечных панелей довольно низкая, приборы будут работать от стандартной электросети.

 

 

Гибридные инверторы – более дорогое удовольствие, которое совмещает в себе все плюсы предыдущих типов инверторов. Этот образец по праву является лучшим для создания домашней полноценной солнечной электросети, правда зависит это от ресурсов, которыми располагает пользователь, поэтому в каждом следует обращать внимание на то оборудование, которое будет удовлетворять параметры электросети дома, также важно учитывать предпочтения и возможности владельца этого дома.

 

Принципы работы и сферы применения инверторов

Как известно, большинство бытовых приборов рассчитано на использование переменного тока напряжением 220 вольт, который подаётся обычной городской сетью. При аварийном отключении электричества все эти устройства, естественно, перестают работать. Это неудобно, но приемлемо, если речь идёт о фене, однако есть такое оборудование, которое останавливать нельзя. Поэтому и приходится устанавливать ИБП для котлов, серверов и другого важного оборудования. Частью системы бесперебойного питания являются инверторы. Эти устройства необходимы для превращения постоянного тока в переменный.

Принцип действия инвертора

Обычные аккумуляторные батареи создают в замкнутой цепи движение электронов, направление которого неизменно – от отрицательного полюса к положительному. Если очень быстро менять местами провода, присоединяя их то к одной клемме, то к другой, можно создать некое подобие переменного тока. По крайней мере, направление движения электронов в цепи действительно будет меняться. Но если нарисовать график такого тока – он крайне мало будет напоминать классическую синусоиду. Вместо этого будет виден резкий взлёт от нуля до максимума амплитуды, затем сразу отвесный обрыв назад к оси абсцисс, а после этого такая же «ступенька» вниз, к отрицательным значениям.

Другими словами, налицо будут грубые разнонаправленные импульсы. Их длительность, которая на графике выглядит как ширина «ступеньки», можно регулировать. Это превратит выглядящие хаотично всплески в аккуратные прямоугольники, то возвышающиеся над осью абсцисс, то уходящие под неё. Такой график уже больше похож на переменный ток, однако этого недостаточно. Чтобы образовалась синусоида, импульсы проходят через частотный фильтр, который пропускает лишь те из них, значения которых могут в итоге сформировать плавно поднимающуюся и опускающуюся кривую.

Конструкция инвертора

Первоначально создание знакопеременного напряжения в цепи обеспечивалось буквальным переключением проводов с одной клеммы на другую. Так действовали механические инверторы, которые иногда применяются и сейчас. Это довольно громоздкие устройства с низким КПД.

После развития полупроводниковых технологий появилась возможность обеспечивать смену полюсов без применения механических приспособлений. Для этого используются тиристоры, полупроводниковые приборы, действующие как электронные ключи. Возможно использование и другой элементной базы – транзисторов в сочетании с диодами. Тиристоры коммутируются сигналами управления, генерируемыми автоматически. В простейшем случае их источником может быть обыкновенное реле, действующее через строго определенные промежутки времени. В современных инверторах для создания управляющих импульсов используется программное обеспечение. Это даёт возможность варьировать частоту и амплитуду переменного тока.

Важной частью инвертора является преобразователь. Он повышает напряжение до требуемой величины, чаще всего от 12 вольт на выходе аккумулятора до 220 на входе в тиристорный мост. Преобразователи часто продаются также как отдельные устройства.

Инверторы с модифицированным и чистым синусом

Форма графика выходного напряжения после превращения постоянного тока в переменный зависит от того, были ли использованы частотные фильтры после широтно-импульсной модуляции, выполняемой при помощи перекоммутации тиристоров. Наиболее простые устройства дают на выходе так называемый «модифицированный синус». Это переменный ток, колебания напряжения которого отображаются на графике в виде прямоугольников.

Единственное преимущество инверторов с модифицированным синусом – дешевизна. Существуют нагрузки, для которых создаваемый ими ток вполне подходит (электродрели, резаки, даже компьютеры), но во многих случаях столь простая трансформация неприемлема. В некоторых случаях приборы, присоединенные к инвертору с модифицированным синусом, даже не включаются. А такие устройства, как холодильники, микроволновки, двигатели переменного тока или насосы будут работать недостаточно эффективно.

Таким образом, предпочтительнее выглядят инверторы с «чистым синусом», в которых выходной ток проходит предварительную частотную фильтрацию. Эти устройства, например, позволяют создать бесперебойное питание для газового котла и для многих других видов оборудования.

Высоко- и низкочастотные инверторы

Переменный ток, который подаётся по сети от электростанций, имеет стандартные параметры. Это напряжение 220 вольт и частота в 50 Герц (в США 60). Эти характеристики позволяют обеспечивать бытовые приборы необходимым для них количеством энергии. Такой же ток вырабатывается и низкочастотными инверторами. Частью конструкции этих приборов является трансформатор, довольно тяжелое и громоздкое устройство. Его роль довольно существенна. Во-первых, он обеспечивает постоянное поддержание мощности при прямом подключении. Во-вторых, он даёт возможность быстро зарядить аккумуляторы при обратном протекании тока (то есть при наличии напряжения в сети).

Основной недостаток низкочастотных инверторов – очень большой вес. Он увеличивается вместе с ростом мощности. Но если требуется подключить приборы, не расходующие много энергии, можно воспользоваться высокочастотными инверторами. Таковыми являются почти все автомобильные модели. Они способны, например, обеспечить питание небольшого пылесоса, ноутбука или компактной дрели. Частота создаваемого такими инверторами переменного тока может достигать 30 тысяч Герц. Вес такого устройства колеблется в диапазоне от одного до пяти килограммов, цены обычно невысоки. Вот только уже при подключении холодильника могут быть проблемы, поскольку мощности явно не хватает.

Использование инверторов в солнечной энергетике

Обычные электростанции генерируют переменный ток изначально, его требуется в дальнейшем только синхронизировать для передачи на расстояние. В то же время солнечные панели (которые также называют батареями) действуют совершенно иначе. Они создают постоянный ток высокого напряжения (от 200 до 600 вольт). В таком виде использовать его нельзя. Применяются специальные контроллеры, которые понижают напряжение тока. Эти приборы могут быть отдельными устройствами, или частью инвертора. Во втором случае монтажная схема солнечной электростанции несколько упрощается. Кроме того, стоимость встроенного в инвертор контроллера обычно меньше цены отдельного устройства. Тем не менее такую систему трудно назвать оптимальной. Во-первых, лучшие образцы солнечных контроллеров довольно велики по своим размерам, в корпус инвертора они не помещаются. Во-вторых, происходит избыточное преобразование тока, от высокого напряжения к низкому, а затем в обратную сторону.

Другой вариант – это применение сетевых инверторов. Они тоже обладают встроенным солнечным контроллером, однако не имеют подключения к аккумуляторам. Созданный фотоэлементами постоянный ток высокого напряжения сразу подаётся на тиристорный мост. Такие устройства часто даже не требуют наличия входных и выходных трансформаторов.

К сожалению, пока что сетевые инверторы продаются по довольно высоким ценам. Кроме того, в России пока еще нельзя использовать одно из главных преимуществ таких устройств – закачку избытка энергии в сеть. Следует также отметить, что отказ от аккумуляторов существенно снижает надёжность подобных систем.

Третий и наиболее «продвинутый» вариант – это гибридный инвертор. Это устройство может использовать подключение и к солнечному контроллеру, и к аккумуляторной батарее. Инвертор можно настроить таким образом, чтобы закачка избытка энергии в сеть не выполнялась (в противном случае вырастут показания прибора учета). Такое устройство позволяет сделать автономную сеть электроснабжения максимально гибкой и надёжной – ведь всегда есть возможность перейти на резервное питание от аккумуляторов.

Использование стабилизаторов

Некоторые модели инверторов оснащены встроенными стабилизаторами. Это устройство позволяет поддерживать постоянный уровень напряжения в сети. Такая функция полезна, однако возможности встроенных вариантов обычно невелики. Кроме того, не всегда на высоте и надёжность. При отсутствии подключения к городской электросети применять инвертор со встроенным стабилизатором не следует, поскольку дизель-генераторы обычно не обладают достаточным запасом мощности. Чтобы добиться этого, придется покупать наиболее дорогостоящее оборудование.

Программное управление

Наиболее современные модели инверторов управляются внутренним компьютером, который может контролировать состояние электросети, поддерживать оптимальные параметры работы системы и вести протоколирование всех происходящих событий. Для этого используется специализированное программное обеспечение, обычно распространяемое бесплатно. Применяются несколько разных операционных систем, в том числе и Android.

Преобразователь напряжения 12/220 вольт (инвертор) — принцип работы | Электроинформация

Большинство домашних электроприборов рассчитаны на питание от бытовой однофазной сети электроснабжения. То есть, они имеют рабочее напряжение 220-240 вольт. Мы очень сильно привыкли к различным электроприборам. Потому и хочется пользоваться ими всегда. В том числе и там где нет сети электроснабжения. Использовать для этого электрогенератор не всегда удобно. Ведь даже небольшой генератор достаточно громоздок и тяжел.

Инверторы 12/220 вольт

Альтернативой генератору может служить аккумулятор. Тем более, что передвигаются в места, в которых нет электроснабжения, обычно на автомобиле. В этом случае всегда под рукой автомобильный аккумулятор. Причем при разрядке аккумулятора, его можно подзарядить от генератора автомобиля. Главное, чтобы не закончился бензин. Однако, существует проблема с подобным питанием. Ведь автомобильный аккумулятор выдает постоянный ток с напряжением 12 вольт. А бытовые электроприборы питаются переменным током с напряжением 220 вольт. 

Эту проблему и решает преобразователь напряжения 12/220 вольт. Такой преобразователь обычно называют инвертором. Слово «инвертор» (invertere) можно перевести с латыни как «переворачивать, поворачивать», и даже как «извращать». То есть, инвертор «переводит» или приводит что-либо в противоположное состояние. В данном случае инвертор приводит в противоположное состояние электрический ток. Под инвертором может пониматься электронный усилитель который «переворачивает» сигнал. То есть, сдвигает фазу выходного сигнала на какой-то электрический угол относительно входного сигнала. А также, инвертор изменяющий частоту переменного тока. И наконец, инвертор как устройство для преобразования постоянного тока в переменный. О последнем устройстве и идет речь.

По большому счету, инвертор должен выполнить два действия. Во-первых, увеличить напряжение с 12 до 220 вольт. Во-вторых, инвертор должен преобразовать постоянный ток в переменный. Преобразование постоянного тока в переменный в инверторе происходит дважды.

Напряжение повышается с помощью импульсного трансформатора. Применение именно импульсного трансформатора трактуется значительным уменьшением размеров всего устройства. Однако, трансформатор может преобразовать напряжение только переменного тока. Потому посредством переключения электронных ключей, току придается определенная частота. Главную роль в таких ключах могут играть, например, полевые транзисторы. Управляются транзисторы специализированной микросхемой-генератором. Эта микросхема и задает частоту сигнала, который затем посылает на транзисторы. Это частота составляет десятки килогерц. Потому как импульсный трансформатор может работать только с высокочастотными токами. В итоге, после трансформатора получается ток нужного напряжения, но со слишком большой частотой. Потому переменный ток с помощью диодного моста выпрямляется и получается пульсирующий ток. Затем посредством конденсатора сглаживаются пульсации тока. И снова мы имеем постоянный ток. Однако, уже нужного нам напряжения.

Теперь необходимо снова преобразовать постоянный ток в переменный. Но уже нужной нам частоты. Для того, чтобы произвести это превращение в инверторе, постоянно меняется направление тока. Изменение направления происходит опять таки посредством переключения цепей этого тока. То есть, происходит то же самое действие, как если бы мы взяли батарейку и переставляли её полюса между двух входных контактов. Но изменяется направление очень быстро. Именно с той скоростью, которая нужна для создания нужной частоты электрического тока. А именно, для создания частоты 50 герц. То есть, переключение происходит 100 раз в секунду. Управляются это переключение второй микросхемой-генератором сигнала нужной частоты. Переключение происходит также с помощью групп полевых транзисторов. Потому как микросхема не может самостоятельно коммутировать большие токи. А вот силовые транзисторы рассчитаны на протекание по ним тока большой силы. Безусловно, для питания нагрузки определенной мощности подбираются подходящие транзисторы. На выходе получается переменный ток с модифицированной синусоидой частотой 50 герц и напряжением 220 вольт.

Некоторые схемы инверторов

Это очень примерное объяснение принципа работы инвертора-преобразователя. Разумеется, процессы происходящие в устройстве многочисленнее и сложнее. Существует много различных схем построения инверторов. К примеру, для того чтобы получить на выходе переменный ток с более чистой синусоидой, применяется управление транзисторами с помощью ШИМ контроллера. То есть, специализированной микросхемой с управлением посредством широтно-импульсной модуляции. Такая микросхема многократно коммутирует соответствующую пару транзисторов на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора. В итоге, с помощью высокочастотного фильтра нижних частот вычленяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора. 

Разумеется, преобразователь напряжения 220 на 12 вольт нужная и полезная вещь. Однако, нужно правильно применять это устройство. Нельзя перегружать инвертор. Нужно правильно рассчитывать мощность подключаемых электроприборов. При этом необходимо учитывать, что пусковые токи двигателей минимум в три раза больше рабочих. Если для инвертора в качестве источника питания используется автомобильный аккумулятор, то нужно соблюдать правила безопасности.

При подключении к аккумулятору мощного инвертора нужно совершать это подключение непосредственно к аккумулятору. Лучше всего это делать, отключив аккумулятор от сети электроснабжения автомобиля. Однако, необходимо постоянно контролировать заряд аккумулятора. Чтобы не разрядить его полностью. Ведь в этом случае не получится завести двигатель автомобиля. В гнездо прикуривателя можно включать лишь маломощные инверторы до 100 ватт. Стационарное подключение инвертора или не стоит делать вовсе или делать в специализированной мастерской. Чтобы подключение осуществлялось отдельным кабелем. Чтобы оно проводилось с осуществлением всех правил безопасности. И бесспорно, в любом случае инвертор нужно подключать через предохранитель соответствующего для данной мощности номинала.

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Разумеется, инвертор 220/12 применяется не только с автомобильным аккумулятором. У него может быть множество различных ниш для использования. Например, преобразование постоянного тока полученного от солнечных батарей или ветрогенератора. 

Для вашего удобства подборка публикаций

Что такое якорь и индуктор и чем они отличаются от ротора и статора?

От какого слова произошло понятие электричество?

Что такое фаза, ноль и земля в электротехнике

Главная страница

Спасибо за посещение канала, чтение заметки, упоминание в социальных сетях и других интернет — ресурсах, а также подписку, лайки, дизлайки и комментарии (Лайки и дизлайки можно ставить не регистрируясь и не заходя в аккаунт)

Солнечные батареи — Сетевой инвертор

 

 

Сетевыми (или  grid-tie) инверторами являются устройства, преобразующие постоянное (DC) напряжение от возобновляемых источников энергии (солнечных батарей, ветроустановок или микроГЭС) в переменное (AC) напряжение, и передающие его напрямую в сеть 220 (или 380)В, тем самым снижая потребление электроэнергии от энергосетей.

Сетевые инверторы также называют синхронными преобразователями, так как они обладают отличительной особенностью — наличием синхронизации выходного напряжения и тока со стационарной сетью.

Таким образом, сетевой инвертор осуществляет преобразование постоянного тока от солнечных батарей и других возобновляемых источников энергии в переменный, с надлежащими значениями частоты и фазы для сопряжения со стационарной сетью. Как правило, преобразование осуществляется с помощью MPPT технологии: «Точка поиска максимальной мощности».

Принцип работы сетевого инвертора состоит в перетекании тока от сетевого инвертора в нагрузку, синхронизированного по частоте и фазе с входящим напряжением, при этом напряжение инвертора должно быть чуть выше напряжения в сети. Это становится возможным с помощью замера входной сети и повышения напряжения на выходе сетевого инвертора, чтобы вся энергия от солнечных батарей, преобразованная на сетевом инверторе использовалась в первую очередь и на 100%..

В целях безопасности сетевые инверторы оборудуются так называемой anti — islanding защитой: в случае выхода сети из строя, отключения внешней сети, либо выхода уровней напряжения или частот за допустимые пределы, автоматический выключатель в сетевом инверторе, отключает его выход от сети.

Срабатывание данного вида защиты зависит от настроек инвертора и условий сети. В худшем случае — если напряжение в сети опускается ниже от установленного в программе инвертора параметра или частота отклоняется на 0,5 -0,7 Гц от запраграммированного значения, сетевой инвертор должен остановить процесс генерации электроэнергии в сеть не менее чем за 100 миллисекунд.

Для того, чтобы снизить потери на преобразование постоянного напряжения в переменное, сетевые инверторы функционируют при высоких входных напряжениях – как правило не ниже, чем значение напряжения в сети. Кроме того, обычно они оборудованы встроенной системой отслеживания точки максимальной мощности солнечных батарей. Данная система слежения (Maximum Power Point Tracking (MPPT))  позволяет определять наиболее оптимальное соотношение напряжения и тока, снимаемых с солнечных модулей, тем самым позволяя получать максимум энергии при любых внешних изменениях метеоусловий, в результате этого генерация от солнечных панелей в сеть осуществляется даже в пасмурную погоду.

В настоящее время сетевые инверторы находят широкое применение для экономии электроэнергии на производствах, в офисах, в торговых центрах и т.п. Сетевые фотоэлектрические системы устанавливаются на таких объектах мощностью от 500 ватт и до сотен кВт.

Сетевые инверторы промышленного назначения используют для передачи энергии от возобновляемых источников энергии в 3-х фазную сеть. В настоящее время для промышленного использования производят сетевые инверторы мощностью до нескольких сотен кВт. Подобные  инверторы (преобразовательные станции) построены по модульному принципу, с целью минимизации потерь и извлечения максимальной эффективности использования солнечной энергии.

Основные характеристики сетевых инверторов

  • номинальная выходная мощность – мощность, получаемая от данного инвертора при номинальном массиве соолнечных панелей.
  • выходное напряжение – показатель, определяющий к какой сети по напряжению может быть подключен инвертор. Для небольших инверторов (бытового назначения) выходное напряжение обычно равно 220 — 240В. Инверторы для промышленного назначения рассчитаны на к 3-х фазную сеть 380В.
  • максимальная эффективность — наивысшая эффективность преобразования энергии, которую может обеспечить инвертор. Максимальный КПД большинства сетевых инверторов составляет более 94%, у некоторых — до 99%.
  • взвешенная эффективность- средняя эффективность инвертора, этот показатель лучше характеризует эффективность работы инвертора. Этот показатель важен, так как инверторы, способные преобразовывать энергию при различных выходных напряжениях переменного тока, имеют разную эффективность при каждом значении напряжения.
  • максимальный входной ток — максимальное количество постоянного тока, которое может преобразовывать инвертор. В случае, если какой-либо возобновляемый источник (например, солнечная панель) будет производить ток, превышающий это значение, сетевой инвертор его не использует.
  • максимальный выходной ток — максимальный непрерывный переменный ток, производимый инвертором. Этот показатель используют для определения минимального (номинального) значения перегрузки по току устройств защиты (к примеру, выключателей или предохранителей).
  • диапазон отслеживания напряжения максимальной мощности — диапазон напряжения постоянного тока, в котором будет работать точка максимальной мощности сетевого инвертора.
  • минимальное входное напряжение — минимальное напряжение, необходимое для включения инвертора и его работы. Этот показатель особенно важен для солнечных систем, так как разработчик системы должен быть уверен, что для произведения этого напряжения  в каждой цепочке последовательно соединено достаточное количество солнечных модулей.
  • степень защиты IP (или код исполнения) – характеризует степень защиты корпуса от проникновения внешних твердых предметов (первая цифра), а также воды (вторая цифра).

Пример среднесуточной генерации сетевой солнечной системы 12 кВт для Самарской области

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Купить сетевой инвертор в Интернет-магазине…

Инверторы: устройство и применение  — ElectrikTop.ru

Развитие микроэлектроники позволило создать множество уникальных приборов. А также модернизировать существующие. Это позволило не только улучшить качественные показатели, но и уменьшить вес, размеры и сделать их экономичнее.

Одно из таких устройств — инвертор. Первоначально это название имела логическая ячейка с функцией «или–не». Сейчас такое наименование носят разнообразные устройства. Их объединяет общий принцип работы.

Принцип работы прибора

Он заключается в преобразовании постоянного напряжения в переменное и обратно. В более сложных устройствах выходное напряжение может быть синусоидальное или близкой к синусоиде.  На выходе может быть как низкое так, и высокое напряжение.

Всё зависит от назначения инвертора. К таким устройствам относятся, источник бесперебойного питания, сварочный инвертор, а в простейшем варианте они встречаются в источниках питания и зарядных устройствах.

А также они широко используются в ветряных и солнечных электростанциях. В инверторе происходит преобразование постоянного напряжения в переменное с высокой частотой. Она может достигать десятки и сотни кГц. Мощные ключи генератора нагружены магнитопроводами. Все комплектующие специально разработаны для инверторов.

Они позволяют не только обеспечить нормальную работу устройства, но и исключить побочное влияние на электронику и окружающую среду. Мощность таких приборов может быть от нескольких ватт до сотен киловатт.

Сварочный инвертор, основные отличия от традиционных

Одним из самых распространённых инверторов является сварочный аппарат. По сравнению с трансформаторным аналогом, он имеет малые габариты и небольшой вес.Классический аппарат для сварки имеет понижающий трансформатор. А сварочный инвертор представляет собой:

  • Сетевой выпрямитель с фильтром. Он преобразует переменное напряжение,в постоянное;
  • Генератор высокой частоты;
  • Трансформатор и мощный выпрямитель;
  • Блок управления или контроллер.

Сетевой выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное, которое подаётся на  устройство преобразования.

Оно состоит из генератора высокой частоты. В нём применены мощные электронные комплектующие и микросхемы. Преобразованное напряжение частотой в несколько десятков килогерц подаётся на трансформатор.

У классических устройств большая часть электроэнергии расходовалось на нагрев сердечника и обмоток трансформатора. При использовании напряжения высокой частоты потери уменьшаются в разы.

Высокочастотные трансформаторы имеют небольшие потери. А мощность трансформатора при меньших размерах остаётся такой же. При этом КПД инверторов достигает 90%.

Переменное напряжение после трансформатора через выпрямитель преобразуется в постоянное. И через схему защиты поступает на сварочный электрод. Вся система управляется контроллером, который собран на микросхеме.

Он позволяет изменять выходной ток, подбирая оптимальный режим для сварки металла различной толщины. Кроме этого, контроллер позволяет осуществлять режим защиты от перегрева, перегрузки и короткого замыкания. На выходе сварочного инвертора можно легко изменить полярность, что даёт возможность сваривать алюминиевые детали.

Преимущества и недостатки

Такие приборы имеют перед традиционными ряд преимуществ:

  • Они отличаются небольшими размерами и весом. Это стало возможным благодаря применению специально разработанных комплектующих;
  • Такие приборы отличаются стабильностью в работе. Они мало зависят от тока и напряжения питающей сети. Применение программированных контролёров управления позволяет устройству самому выбирать режим работы;
  • Стабильное выходное напряжение с минимальными пульсациями позволяет поддерживать постоянное горение дуги. Что позволяет в любых условиях варить металл любой толщины;
  • Такие сварочные аппараты просты в эксплуатации;
  • Возможность применения различных электродов как по составу и толщине, так и разнополярных;
  • Применение микропроцессорного управления обеспечивает высокую степень защиты от внешних воздействий, и позволяет производить качественную сварку, не завися от скачков питающей сети.

Однако,эти устройства имеют недостатки:

  • По сравнению с традиционными устройствами, цена таких приборов гораздо больше;
  • При выходе из строя ремонт возможен только в специализированных мастерских, а по стоимости приближается к стоимости нового устройства;
  • Применение сложной электроники накладывает ограничение в использовании. Не рекомендуется использовать при низких температурах, в запылённых и помещениях с повышенной влажностью. Они требуют регулярного технического обслуживания, которое заключается в очистке инвертора от пыли;
  • Сварочные провода не должны превышать 2,5 метров. Что существенно ограничивает условия работы.

Преимущества инверторов позволили широко использовать их в промышленности.  А в некоторых случаях без них невозможно обойтись. Так, при строительстве солнечных или ветряных электростанций с их помощью сопрягают электрические сети.

В источниках бесперебойного питания они выполняют основную функцию, обеспечивающую работоспособность компьютеров.

При отключении питающей сети они преобразуют напряжение аккумуляторов в напряжение сети. Источники имеют небольшую мощность, которая позволяет только корректно закончить работу компьютеров.
Существуют более мощные устройства, но из-за высокой стоимости их применение ограничено.

Рабочие, разные типы, схемы работы и их применение

Преобразование мощности постоянного тока в переменный было выполнено в середине 19-20 века с помощью комплектов MG (мотор-генераторных установок) и вращающихся преобразователей. В начале 20 века газонаполненные трубки, а также вакуумные лампы использовались в качестве переключателей в схемах инверторов. Инвертор — это электрическое устройство, способное преобразовывать постоянный ток в переменный с заданной частотой, а также напряжение.Например, если мы хотим обеспечить электропитание бытовой техники, она будет использовать 230 В переменного тока. В некоторых случаях, когда питание переменного тока недоступно, тогда блок питания может подаваться на бытовую технику через инвертор 12 В. Инверторы применимы для фотоэлектрических систем для обеспечения питания электрических устройств в горных хижинах, изолированных домах, лодках, автофургонах и т. Д. В этой статье мы собираемся обсудить, что такое инвертор? как сделать инвертор , работа и приложения.

Что такое инвертор?

Инвертор можно определить как , это компактное электрическое оборудование прямоугольной формы, используемое для преобразования напряжения постоянного тока (DC) в напряжение переменного тока (AC) в обычных устройствах. Применение DC в a включает в себя несколько небольших типов оборудования, например, системы солнечной энергии. Постоянный ток используется во многих небольшом электрическом оборудовании, таком как солнечные энергетические системы, силовые батареи, источники энергии, топливные элементы, потому что они просто производят постоянный ток.


Инвертор

Основная роль инвертора — преобразовывать мощность постоянного тока в мощность переменного тока. Электроэнергия переменного тока может подаваться в дома и промышленные предприятия, использующие коммунальные услуги, в противном случае — электросеть, системы переменного тока батарей могут хранить только энергию постоянного тока. Кроме того, практически вся бытовая техника, а также другое электрическое оборудование могут работать в зависимости от мощности переменного тока.

В некоторых случаях, как правило, входное напряжение меньше, если выходное напряжение эквивалентно напряжению питания сети либо 120 В, либо 240 В в зависимости от страны.Эти устройства являются автономными устройствами для некоторых приложений, таких как солнечная энергия. На рынке доступны различные типы инверторов в зависимости от формы сигнала переключения. Инвертор использует источники питания постоянного тока для подачи переменного напряжения для подачи питания на электронное и электрическое оборудование.

Работа инвертора

Работа инвертора заключается в том, что он преобразует постоянный ток в переменный, и эти устройства никогда не генерируют никакой энергии, потому что мощность генерируется источником постоянного тока.В некоторых ситуациях, например, когда напряжение постоянного тока низкое, мы не можем использовать низкое напряжение постоянного тока в бытовом приборе. Поэтому по этой причине инвертор можно использовать всякий раз, когда мы используем солнечную панель.

Типы инверторов

Инверторы делятся на два типа: однофазные и трехфазные


Однофазные инверторы

Однофазные инверторы подразделяются на два типа, а именно полумостовые инверторы и полумостовые инверторы

Половинные Мостовой инвертор

Полумостовой инвертор является важным строительным блоком в полном мостовом инверторе.Он может быть построен с двумя переключателями, каждый из которых имеет конденсатор с выходным напряжением, эквивалентным Vdc2. Кроме того, переключатели уравновешивают друг друга: если один переключатель активирован, автоматически деактивируется другой переключатель.

Полномостовой инвертор

Полномостовой инвертор Схема преобразует постоянный ток в переменный. Это может быть достигнуто путем размыкания или замыкания переключателей в правильной серии.Этот тип инвертора имеет разные рабочие состояния, которые зависят от замкнутых переключателей.

Трехфазный инвертор

Трехфазный инвертор используется для преобразования входного постоянного тока в трехфазный выходной переменный ток. Как правило, его 3 плеча откладываются на угол 120 ° для создания трехфазного источника переменного тока. Управление инвертором с коэффициентом 50%, а также управление может происходить через каждые T / 6 времени T. Переключатели, используемые в инверторе, дополняют друг друга.

3-однофазные инверторы подключаются к аналогичному источнику постоянного тока, а напряжения на полюсах в 3-фазном инверторе эквивалентны напряжениям на полюсах в 1-фазном полумостовом инверторе.Эти инверторы имеют два режима проводимости, такие как режим проводимости 120 ° и режим проводимости 180 °.

Принципиальная схема инвертора

Существует множество основных электрических схем для силовых устройств, трансформатора и коммутационных устройств. Преобразование постоянного тока в переменный может быть достигнуто за счет накопленной энергии в источнике постоянного тока, таком как батарея. Весь процесс может быть выполнен с помощью переключающих устройств, которые постоянно включаются и выключаются, а затем повышаются с помощью трансформатора.Схема инвертора

Входное напряжение постоянного тока может быть включено / выключено с помощью силовых устройств, таких как полевые МОП-транзисторы или силовые транзисторы. Изменяющееся напряжение в первичной обмотке создает переменное напряжение на результирующей обмотке. Работа трансформатора эквивалентна усилителю , где выходной сигнал может быть увеличен от напряжения питания от батарей до 120 В, иначе 240 В.

Есть три часто используемых ступени включения инвертора: двухтактный. трансформатором с центральным ответвлением, двухтактным по полумосту и двухтактным по полному мосту.Это наиболее популярно из-за простоты и определенных результатов; но в нем используется огромный трансформатор с более низким КПД. Простой двухтактный постоянный ток к инвертору переменного тока по схеме трансформатора с центральным отводом может быть показан на рисунке ниже.

Области применения инвертора

Они используются в различных приложениях, например, в крошечных автомобильных адаптерах в офисе, в домашнем хозяйстве, а также в крупных сетевых системах.

Итак, это все об обзоре инверторов.Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что области применения инверторов варьируются от источников бесперебойного питания до контроллеров скорости электродвигателей. Название инвертор также относится к группе выпрямительных инверторов, которые стимулируются переменным током и используются для изменения напряжения, а также частоты переменного тока. Вот вам вопрос, в чем разница между инвертором и ИБП ?

Простой принцип работы инвертора | ElecCircuit.com

Вот принцип работы инвертора.Инвертор — это разновидность генератора. Он может обеспечивать выход переменного тока большой мощности из источника постоянного тока.

Можем ли мы это сделать? Это сложно? Это дорого? Слишком много вопросов! Это начало изучения того, как работает инвертор. Я думаю, что в этой функции он будет иметь большую производительность при небольшом размере. Но основное по-прежнему важно.

Обычно Источник постоянного тока представляет собой аккумулятор на 12 В. Инвертор изменит его на AC 220V , 50Hz для использования любых устройств.

Батарея самая лучшая!

Инвертор вырабатывает энергию.Но батарея — это энергия или источник. Я заметил следующее.

Энергия, выходящая из батареи, всегда приблизительно равна энергии, потребляемой нагрузкой.

Например, нагрузка требует 10 Вт при 220 В переменного тока. Итак, батарея должна давать мощность около 10 Вт при 12 В. Также аккумулятор может давать ток.

По закону Ома. Мы можем найти, что ток батареи должен иметь значение P / V = ​​I или 10 Вт / 12 В = 0,8 А.

Пока инвертор работает . Внутри он всегда будет терять энергию.Аккумулятор должен иметь мощность более 1А.

Инвертор имеет простой принцип работы, показанный на Рисунке 1.

Первым важным элементом является трансформатор .

Самый распространенный тип трансформатора — ламинированный сердечник, 12В-ТТ-12В.

Обычно обмотка 220В первичная. Тогда 12 В вторичный, выход 12 В.

Но это получается. обмотка 12 В является входной или первичной. Вместо этого на выходе или вторичной обмотке используется обмотка 220 В.

5 схем инвертора с простым принципом

Мы используем этот принцип для создания множества схем. Например списки из 5 схем.

  1. Схема инвертора 555 с использованием полевого МОП-транзистора
  2. Как сделать схему инвертора за 5 минут
  3. Схема инвертора, от 12 В до 220 В при 500 Вт
  4. 100 Вт Цепь с преобразователем от 12 В до 220 В с использованием транзистора
    42
  5. Схема простого инвертора на 6 транзисторах

Посмотрим, как они работают.

12 В от положительной клеммы аккумулятора поступает на центральный отвод (ТТ) обмотки 12 В. Теперь это первичная обмотка.

Два конца катушки (точки A и B) подключены к двухпозиционному переключателю на землю.

Во-первых, если коммутатор подключается к точке A. Ток номер 1 течет от батареи к ТТ через контакт переключателя с землей.

Во-вторых, если вы переведете переключатель из положения A в положение B. Это приведет к тому, что текущий номер 1 перестанет течь.Затем ток 2 течет на землю через трансформатор тока и контакт B переключателя.

В-третьих, этот двухпозиционный переключатель управляется прямоугольным генератором. который генерирует частоту примерно 50 Гц.

Это заставляет переключатель выбирать между точкой A и B со скоростью примерно 50 раз в секунду. Кроме того, ток 1 и 2 течет к трансформатору поочередно со скоростью 50 раз в секунду.

Теперь ток, протекающий в трансформатор, поочередно выглядит как напряжение переменного тока.

Согласно теории трансформаторов. Электромагнитное поле набухает и схлопывается. Затем во вторичную обмотку 220 В. будет наведен ток.

Что вызывает Напряжение переменного тока 220В 50Гц. Напряжение готово к подаче на различные типы электрооборудования, для работы которых требуется переменный ток 220 Вольт.

Выбор трансформатора в инверторе
Как указано выше в Законе Ома, трансформатор может увеличивать скачок напряжения. Но выходной ток всегда уменьшался до более низкого уровня.

Если вы хотите вывести инвертор на нагрузку 10Вт. Ток трансформатора должен быть не менее 1 А.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

6.4. Инверторы: принцип работы и параметры

6.4. Инверторы: принцип работы и параметры

Теперь давайте увеличим масштаб и подробнее рассмотрим один из ключевых компонентов цепи согласования мощности — инвертор .Практически любая солнечная система любого масштаба включает инвертор того или иного типа, позволяющий использовать электроэнергию на месте для устройств с питанием от переменного тока или от сети. Различные типы инверторов показаны на Рисунке 11.1 в качестве примеров. Доступные модели инверторов теперь очень эффективны (КПД преобразования энергии более 95%), надежны и экономичны. В масштабе энергосистемы основные проблемы связаны с конфигурацией системы, чтобы обеспечить безопасную работу и свести к минимуму потери при преобразовании.

Рисунок 11.1. Инверторы: малогабаритный инверторный блок для бытового использования (слева) и инверторы Satcon для коммунальных служб (справа)

Три наиболее распространенных типа инверторов, предназначенных для питания нагрузок переменного тока, включают: (1) синусоидальный инвертор (для общих приложений), (2) модифицированный прямоугольный инвертор (для резистивных, емкостных и индуктивных нагрузок) и (3) прямоугольный преобразователь (для некоторых резистивных нагрузок) (MPP Solar, 2015). Эти типы волн были кратко представлены в Уроке 6 (рис. 11.2). Здесь мы более подробно рассмотрим физические принципы, используемые инверторами для создания этих сигналов.

Рисунок 11.2. Различные типы сигналов переменного тока, создаваемые инверторами.

Кредит: Марк Федькин

Процесс преобразования постоянного тока в переменный основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция — это создание разности электрических потенциалов в проводнике, когда он подвергается воздействию переменного магнитного поля. Например, если вы поместите катушку (катушку с проволокой) рядом с вращающимся магнитом, в катушке будет индуцироваться электрический ток (Рисунок 11.3).

Рисунок 11.3. Схематическое изображение электромагнитной индукции

Кредит: Марк Федькин

Затем, если мы рассмотрим систему с двумя катушками (рисунок 11.4) и пропустим постоянный ток через одну из них (первичную катушку), эта катушка с постоянным током может действовать аналогично магниту (поскольку электрический ток создает магнитное поле). Если направление тока часто меняется на противоположное (например, с помощью переключающего устройства), переменное магнитное поле будет индуцировать переменный ток во вторичной катушке.

Рисунок 11.4. Инверторные циклы. Во время 1-го полупериода (вверху) постоянный ток от источника постоянного тока — солнечного модуля или батареи — включается через верхнюю часть первичной катушки. Во время 2-го полупериода (внизу) постоянный ток включается через нижнюю часть катушки.

Кредит: Марк Федькин

Простая двухцикловая схема, показанная на рисунке 11.4, выдает прямоугольный сигнал переменного тока. Это простейший случай, и если инвертор выполняет только этот шаг, это прямоугольный инвертор.Этот тип вывода не очень эффективен и может даже вредить некоторым нагрузкам. Таким образом, прямоугольная волна может быть дополнительно модифицирована с помощью более сложных инверторов для получения модифицированной прямоугольной волны или синусоидальной волны (Dunlop, 2010).

Для получения модифицированного выходного сигнала прямоугольной формы, такого как показанный в центре рисунка 11.2, в инверторе можно использовать управление низкочастотной формой волны. Эта функция позволяет регулировать длительность чередующихся прямоугольных импульсов. Также здесь используются трансформаторы для изменения выходного напряжения.Комбинация импульсов разной длины и напряжения приводит к появлению многоступенчатой ​​модифицированной прямоугольной волны, которая близко соответствует форме синусоидальной волны. Низкочастотные инверторы обычно работают на частоте ~ 60 Гц.

Для получения синусоидального выходного сигнала используются высокочастотные инверторы. В этих инверторах используется метод изменения ширины импульса: коммутируемые токи с высокой частотой и в течение переменных периодов времени. Например, очень узкие (короткие) импульсы имитируют ситуацию низкого напряжения, а широкие (длинные импульсы) моделируют высокое напряжение.Кроме того, этот метод позволяет изменять интервалы между импульсами: расстояние между узкими импульсами моделирует низкое напряжение (рисунок 11.5).

Рисунок 11.5. Широтно-импульсная модуляция для аппроксимации истинной синусоидальной волны с помощью высокочастотного инвертора.

Кредит: Марк Федкин, модифицированный после Данлопа, 2010 г.

На изображении выше синяя линия показывает прямоугольную волну, изменяемую в зависимости от длины импульса и времени между импульсами; красная кривая показывает, как эти переменные сигналы моделируются синусоидой.Использование очень высокой частоты помогает создавать очень плавные изменения ширины импульса и, таким образом, моделировать истинный синусоидальный сигнал. Метод широтно-импульсной модуляции и новые цифровые контроллеры позволили получить очень эффективные инверторы (Dunlop, 2010).

Объяснение инверторов мощности

— Инженерное мышление

Изучите основной принцип работы силовых инверторов, как они работают, для чего они используются, где мы их используем и их важность вместе с рабочими примерами.

Помните, что электричество опасно и может быть смертельным.Вы должны быть квалифицированными и компетентными для выполнения любых электромонтажных работ.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube

Что такое инвертор?

Power Inverter

Типичный инвертор выглядит примерно так, как показано выше. У него есть несколько красных и черных клемм постоянного тока на задней панели, а на передней панели мы находим электрические розетки переменного тока.

Клеммы постоянного тока Розетка переменного тока

Это потому, что существует два типа электричества: переменного и постоянного тока. Инвертор используется для преобразования постоянного или постоянного тока в переменный ток.

Переменный ток и постоянный ток

Мы также можем преобразовать переменный ток в постоянный с помощью выпрямителя, о чем мы расскажем в отдельной статье, вы можете прочитать, что ЗДЕСЬ .

Приборы работают от сети переменного тока

Бытовая техника в наших домах рассчитана на питание от сети переменного тока, и они получают ее от электрических розеток, которые обеспечивают электричество переменным током. Однако электричество, производимое такими вещами, как солнечные панели и батареи, производит электричество постоянного тока.

Итак, если мы хотим питать наши электрические устройства от возобновляемых источников, аккумуляторных батарей или даже нашего автомобиля, тогда нам нужно преобразовать электричество постоянного тока в электричество переменного тока, и мы делаем это с помощью инвертора.

Использование инвертора

Чтобы понять, как работает инвертор, нам сначала нужно понять некоторые основы электричества.

Основы электроэнергетики

Внутри медной проволоки мы находим атомы меди. У них есть электроны, которые могут перемещаться к другим атомам, они известны как свободные электроны, потому что они могут свободно перемещаться. Они будут беспорядочно перемещаться во всех направлениях, но для нас это бесполезно. Нам нужно много электронов, чтобы двигаться в одном направлении. Мы делаем это, применяя разность напряжений к проводу, напряжение похоже на давление и толкает электроны.

Электроны

Когда мы подключаем провод к положительной и отрицательной клеммам батареи, мы замыкаем цепь, и электроны начинают течь. Мы называем этот поток электронов током. Электроны всегда пытаются вернуться к своему источнику, поэтому, если мы поместим такие вещи, как лампы на пути электронов, они должны будут пройти через него, и это позволит нам выполнять такую ​​работу, как зажигать лампу.

Ток

Постоянный ток

Электроэнергия от солнечных панелей и батарей называется электричеством постоянного тока.Это потому, что в этом типе электричество течет только в одном направлении. Он течет от одного терминала непосредственно к другому терминалу. Если перевернуть батарею, электроны текут в противоположном направлении.

Электричество постоянного тока

Вы можете представить себе электричество постоянного тока как реку, в которой поток воды течет только в одном направлении.

Эти анимации используют поток электронов от отрицательного к положительному. Но вы, возможно, привыкли видеть обычный ток, который изменяется от положительного до отрицательного.Электронный поток — это то, что на самом деле происходит, обычный ток был исходной теорией, и ее все еще широко преподают сегодня, просто помните о двух и о том, какой из них мы используем.

Плоская линия

Когда мы используем осциллограф для просмотра формы электрического сигнала постоянного тока, мы получаем эту плоскую линию при максимальном напряжении в положительной области.

Форма прямоугольной волны

Если мы отключим питание, линия упадет до нуля. Если мы будем включать и выключать его несколько раз, то мы получим прямоугольную форму волны между нулем и максимумом.

Пульсирующий паттерн

Если мы нажимаем на переключатель, чтобы открывать и закрывать в течение разного времени, то мы получаем пульсирующий паттерн.

переменного тока

Переменный ток

При электричестве переменного тока электроны попеременно движутся вперед и назад. Так он получил свое название, потому что ток электронов меняет направление. Вы можете представить себе этот тип электричества как морской прилив, он постоянно течет между максимумами прилива и отлива.

Если мы проследим за медными проводами обратно к генератору, они будут подключены к некоторым катушкам проводов, которые находятся внутри генератора. Внутри основного генератора мы также находим магнит в центре, который вращается.

Генератор

У магнита есть северный и южный полюс, или вы можете думать об этом как о положительной и отрицательной половине. Электроны в проводе заряжены отрицательно. Как вы, возможно, уже знаете, магниты толкают или тянут в зависимости от полярности. Когда магнит вращается вокруг катушек, положительная и отрицательная половина будут толкать и тянуть электроны внутри медных катушек, а также через подключенные медные провода.

Магнитное поле магнита различается по интенсивности. Таким образом, когда магнит вращается мимо катушки, катушка будет испытывать изменение интенсивности магнитного поля от нуля до максимальной интенсивности, а затем, когда он проходит катушку, она снова уменьшится до нуля. Затем приходит отрицательная половина и тянет электроны назад с тем же изменением интенсивности. Таким образом, каждое полное вращение магнита приводит к возникновению этой волновой картины, известной как синусоида. Напряжение в этом типе электричества не является постоянным, и вместо этого оно постоянно перемещается от нуля до пика, обратно к нулю, затем к отрицательному пику и, наконец, обратно к нулю.

Напряженность магнитного поля

Частота

Частота означает, сколько раз синусоидальная волна переменного тока повторяется в секунду.

Частота

В Северной Америке и некоторых других частях света мы находим электричество 60 Гц, что означает, что синусоидальная волна повторяется 60 раз в секунду, а поскольку каждая волна имеет положительную и отрицательную половину, это означает, что ее полярность будет меняться 120 раз в секунду. . В остальном мире мы в основном находим электричество с частотой 50 Гц, поэтому синусоидальная волна повторяется 50 раз в секунду, и, следовательно, ток меняется на противоположное 100 раз в секунду.

Схема инвертора

IGBT

Инвертор состоит из ряда электронных переключателей, известных как IGBT, размыкание и замыкание переключателей контролируется контроллером.

Они могут открываться и закрываться очень быстро попарно для управления потоком электричества. Контролируя путь, по которому проходит электричество, и время, в течение которого оно течет по разным путям, мы можем производить электричество переменного тока из источника постоянного тока.

IGBT может открываться и закрываться сверхбыстро

Мы собираемся анимировать их, используя несколько простых переключателей, чтобы упростить визуализацию.

Простые переключатели

Помните, что переменный ток — это место, где ток меняет направление. Ранее мы видели в видео, что можем изменить направление тока, изменив положение батареи. Мы могли бы очень быстро перевернуть батарею, чтобы обеспечить плохое питание переменного тока. Но более простым способом было бы подключить к нашей нагрузке 4 переключателя или IGBT, например, лампу. Если мы открываем и закрываем их попарно, мы можем производить электричество переменного тока. Таким образом, если мы замыкаем переключатели 1 и 4, тогда ток течет в одном направлении, а если мы размыкаем их и замыкаем переключатели 2 и 3, мы получаем ток, текущий в другом направлении.Таким образом, мы можем использовать контроллер, чтобы делать это автоматически снова и снова.

Имитация синусоидальной волны

. Если бы мы сделали это 120 раз в секунду, то мы получили бы переменный ток 60 Гц, а если бы мы сделали это 100 раз в секунду, то мы бы получили бы переменный ток 50 Гц.

Поскольку у нас вход низкого напряжения, мы собираемся получить выход низкого напряжения. Чтобы достичь 120 или 230 В, необходимых для питания наших приборов, нам также понадобится трансформатор для повышения напряжения до полезного уровня.

Пульсирующая лампа: прямоугольная волна переменного тока

Когда мы смотрим на это через осциллограф, мы получаем прямоугольную волну в положительной и отрицательной областях.Теоретически это переменный ток, потому что он меняет направление, но он не очень похож на синусоидальную волну переменного тока. Итак, как мы можем это улучшить?

Широтно-импульсная модуляция

Помните, что ранее в этой статье мы говорили, что можем открывать и закрывать переключатель с разной скоростью и длительностью, чтобы изменить форму волны. Что ж, мы можем сделать это и для этого.

Что мы делаем, так это используем контроллер, чтобы быстро открывать и закрывать переключатели несколько раз за цикл в виде пульсации, каждый импульс различается по ширине.Это известно как широтно-импульсная модуляция. Цикл разбит на несколько более мелких сегментов.

Каждый сегмент имеет общий ток, который может протекать. Но с помощью быстрой пульсации переключателей мы контролируем объем потока на сегмент. Это приведет к среднему току на сегмент, который, как мы видим, увеличивается и уменьшается, давая нам волну. Таким образом, нагрузка будет испытывать синусоидальную волну. Чем больше у нас сегментов, тем ближе он имитирует плавную волну.

Мы можем контролировать выходное напряжение, контролируя, как долго переключатели замкнуты.Таким образом, мы могли бы, например, вывести 240 В или 120 В, уменьшив время открытия и закрытия.

Мы можем контролировать частоту, управляя синхронизацией переключателей, поэтому мы можем, например, выводить 60 Гц, 50 Гц или 30 Гц, в зависимости от того, что необходимо для приложения.

Вот как мы можем взять аккумулятор на 12 В и преобразовать его в источник переменного тока 120 или 230 В с помощью некоторых IGBT, широтно-импульсной модуляции и трансформатора.

Что, если бы нам нужно было больше мощности?

Электроэнергия с разделением фаз, одно- и трехфазное питание

У нас также есть однофазное и трехфазное электричество переменного тока.

Однофазный и трехфазный

В большинстве домов по всему миру используется однофазное электричество. В больших коммерческих зданиях, а также в некоторых домах, особенно в Европе, будет использоваться трехфазное электричество.

Дома в Северной Америке используют электроэнергию с разделением фаз, где трансформатор с центральным ответвлением разделяет одну фазу на две, что дает два провода под напряжением и нейтраль.

Разделенная фаза

Мы подробно рассмотрели, как работает электричество с разделенной фазой в предыдущей статье, проверьте это в ЗДЕСЬ .

В случае однофазного сигнала у нас есть подключение только к одной фазе от генератора, поэтому у нас есть только одна синусоида. Но с трехфазным электричеством у нас есть подключение к каждой из трех фаз. Фазы представляют собой катушки с проволокой, которые вставляются в генератор на 120 градусов относительно предыдущей, это означает, что катушки испытывают пик вращающегося магнитного поля в разное время, это дает нам три фазы, каждая из которых имеет свою синусоидальную волну. немного не синхронизировано с предыдущим.

Помните, что электричество хочет вернуться к своему источнику в замкнутой цепи. Поскольку ток течет вперед и назад в разное время в каждой из фаз, мы можем по существу соединить фазы вместе, и ток будет перемещаться между различными фазами, поскольку полярность каждой фазы перемещается вперед и назад в разное время. Любой избыток будет течь через нейтраль обратно к источнику, если это необходимо.

Однофазный и трехфазный

В однофазном режиме мы имеем большие промежутки между пиками.Но с 3 фазами их можно комбинировать, чтобы заполнить пробелы и, следовательно, обеспечить большую мощность.

Трехфазные инверторы

Rippled DC

Для более крупных приложений требуется трехфазный инвертор, например, для работы компрессоров в больших системах охлаждения, этот выпрямитель будет встроен в преобразователь частоты. Источник постоянного тока в этом случае будет выпрямленным трехфазным переменным током. Это означает, что 3 синусоидальные волны переменного тока объединяются и проходят через некоторые диоды, которые предотвращают обратный поток электронов, что превращает его в рябь постоянного тока.Затем мы используем конденсатор, чтобы сгладить пульсации до постоянного источника постоянного тока.

Мы уже подробно рассказывали об этом ранее, проверьте ЗДЕСЬ .

Чтобы превратить чистый постоянный ток в трехфазный переменный, мы используем трехфазный инвертор. Для этого мы используем 6 IGBT. Опять же, мы будем анимировать их как простые переключатели для простоты и пронумеровать их следующим образом.

IGBT с простыми переключателями

Чтобы получить наши три фазы, нам нужно открывать и закрывать переключатели попарно, чтобы направить поток тока, чтобы сформировать наши пути питания и возврата, таким образом подключенный двигатель будет испытывать переменный ток.

Для трехфазного источника питания мы синхронизируем переключатели для имитации трех фаз. Посмотрим, как это работает.

Сначала мы замыкаем переключатели 1 и 6. Это перейдет от фазы 1 к фазе два.

Фаза 1 — фаза 2


Затем мы замыкаем переключатели 1 и 2. Это даст нам фазу 1 — фазу три.

Фазы с 1 по 3


Затем мы замыкаем переключатели 3 и 2. Это даст нам фазы 2 и 3.

Фаза 2 и фаза 3


Затем мы замыкаем переключатели 3 и 4. Это даст нам фазы 2 и 1.

Фаза 2 и 1


Затем мы замыкаем переключатели 5 и 4. Это даст нам фазы 3 и 1.

Фаза 3 и фаза 1


Затем мы замыкаем переключатели 5 и 6. Это даст нам фазы 3 и 2.

Фаза 3 и 2

Этот цикл повторяется снова и снова. Если мы проверим это с помощью осциллографа, то теперь у нас будет волновая картина, которая выглядит примерно как переменный ток, за исключением того, что она немного квадратная. Это будет хорошо работать для некоторых приложений, но не для всех. И снова нам нужно использовать широтно-импульсную модуляцию, чтобы создать синусоидальную волну.Итак, мы собираемся использовать контроллер, чтобы быстро открывать и закрывать переключатели, чтобы изменять выходную частоту и напряжение.


Типы инверторов

и принцип работы | Работа инвертора синусоидальной, прямоугольной и модифицированной синусоидальной волны

Напомним, что функция инвертора — преобразовывать постоянный ток в переменный. Большая часть наших электрических потребностей — это переменный ток, совместимый с электросетью. Инвертор в большинстве систем подключается напрямую либо к источнику питания, либо к резервным аккумуляторным батареям, если они используются.

Инвертор с резервным аккумулятором — это инвертор со встроенным контроллером заряда. Хотя большинство инверторов предназначены для небольших систем и приложений, более крупные используются в промышленных и коммерческих операциях, а также в солнечных электростанциях и некоторых ветряных машинах.

Принцип работы инвертора

Инвертор принимает выходное напряжение постоянного тока системы возобновляемой энергии или резервных батарей и преобразует его в переменный ток.

В небольших пользовательских системах выходом обычно является стандартное напряжение электросети (120 В или 240 В переменного тока в Северной Америке) и может быть однофазное выходное напряжение или трехфазное напряжение, в зависимости от системы.

Эти инверторы обычно рассчитаны на мощность менее 100 кВт. На рисунке 1а показаны инверторы меньшего размера, используемые в жилых и небольших коммерческих системах.

Микроинверторы предназначены для производства переменного тока только от одной солнечной панели и даже могут быть интегрированы в панель как встроенный модуль.

Сегодня многие системы построены на основе микроинверторов, особенно там, где частичное затемнение является проблемой.

Микроинверторы позволяют контролировать каждую панель отдельно для оценки производительности системы и выявления любых проблем.

Рис. 1a Инверторные блоки

Некоторые крупные промышленные и коммерческие инверторы рассчитаны на 500 кВт, а несколько инверторов для коммунальных предприятий рассчитаны на более 500 кВт. В этих случаях инвертор может иметь выходную мощность в несколько сотен вольт.

Во многих более новых системах напряжение от массива составляет 1000 В постоянного тока. Эти высоковольтные системы сокращают затраты на проводку и количество соединений, поэтому капитальные затраты меньше, а потери в кабелях меньше во время работы из-за меньшего тока.

Система модульных инверторов

Один из методов преобразования постоянного тока солнечных панелей в переменный ток в большом массиве заключается в использовании модульного подхода , в котором несколько высоковольтных инверторов синхронизируются вместе с помощью главного контроллера.

Преимущество этого метода заключается в том, что инверторы можно добавлять по мере увеличения мощности в середине дня, а затем отключать по мере приближения заката. Таким образом, только необходимые инверторы потребляют электроэнергию. Это делает процесс преобразования более эффективным и сводит к минимуму время работы каждого инвертора, чтобы продлить срок его службы.

Это также позволяет отключить часть системы для обслуживания или в случае возникновения проблемы без отключения всей системы.

На рис. 1b показаны инверторы мощностью 150 кВт в основной системе мощностью 4,5 мегаватт, которые управляются главным контроллером для выбора инверторов в зависимости от доступной энергии. Эта конкретная система имеет линейное (последовательное) напряжение до 1000 В DC .

Рис. 1b Инверторные блоки

Как правило, инвертор включает и выключает выход постоянного тока источника энергии и обрабатывает результат для создания выхода переменного тока.

Способ, которым выполняются переключение и обработка, отличается для разных типов инверторов, но обычно для переключения используются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или металл-оксид-полупроводник-полевые транзисторы (MOSFET).

Эти транзисторы позволили разработать новые силовые инверторы, которые намного более эффективны (некоторые имеют КПД более 97%), чем старые аналоговые переключающие инверторы.

Существует три основных типа инверторов с точки зрения типа выходного сигнала: синусоидальная волна, прямоугольная волна и модифицированная синусоида, как показано на рисунке 2.

Амплитуды модифицированной синусоидальной волны и прямоугольной волны могут быть спроектированы так, чтобы иметь такое же среднеквадратичное (среднеквадратичное) значение, что и у синусоидальной волны, и, как результат, каждая из трех форм волны может обеспечивать такая же мощность на нагрузку.

Инверторы

также доступны как с привязкой к сети, так и без нее.

Сетевые инверторы

Сетевые инверторы предоставляют возможность использования энергии из электрической сети или подачи энергии в сеть.Сетевые инверторы обрабатывают коммутируемую форму волны и выдают синусоидальный сигнал с низким уровнем искажений, совместимый с синусоидальным сигналом энергетической компании.

Сетевые инверторы должны не только генерировать синусоидальную волну в допустимых пределах; они также должны быть синхронизированы с сетью и включать автоматические выключатели в качестве требования безопасности для коммунальных работников в случае выхода из строя сети. Эти инверторы используют схемы переключения, включая широтно-импульсную модуляцию, для преобразования постоянного тока в переменный.

Рис. 2 Три типа сигналов инвертора

В дополнение к этим функциям большинство инверторов имеют устройства для считывания уровней напряжения и мощности, а также порты связи для передачи данных о рабочих характеристиках системы на контроллер или компьютер.

Помимо , некоторые инверторы подключены к Интернету и могут предоставлять удаленному пользователю информацию о производительности и средства диагностики и даже отправлять электронное письмо в случае системной ошибки.

Инверторы без привязки к сети

Инверторы без привязки к сети могут иметь либо отсутствие синусоидальной волны, либо выходную синусоидальную волну. Обычно они ограничиваются питанием определенных типов нагрузок и несовместимы с энергокомпанией.

Преобразователь прямоугольной формы — самый простой и дешевый, но сегодня он редко используется. Один недостаток по сравнению с преобразователями прямоугольной формы и модифицированной синусоидальной волны заключается в том, что они имеют тенденцию создавать электрические помехи (помехи), которые могут создавать проблемы для электронного оборудования.

Гармоническое содержание прямоугольной волны включает в себя основную синусоидальную волну на частоте прямоугольной волны и серию нечетных гармоник.

Как правило, гармоник — это частоты, содержащиеся в составном сигнале, которые являются целыми кратными частоте повторения (основной).

Основная частота находится на той же частоте, что и прямоугольный сигнал, и каждая нечетная гармоника является нечетным кратным основной частоты. На рисунке 3 показана основная частота и две нечетные гармоники, составляющие прямоугольную волну.(Есть больше нечетных гармоник, которые не показаны.)

Доступные синусоидальные инверторы обычно имеют гармонические искажения менее 3%, что означает, что мощность гармоник значительно снижается.

Рисунок 3 Гармоническое содержание прямоугольной волны

Работа прямоугольного инвертора

Схема переключения используется для преобразования постоянного напряжения в переменное (или биполярное) прямоугольное напряжение. Одним из методов является использование инверторного моста (также известного как H-мост), который показан на рисунке 4.

Символы переключателей используются для обозначения переключающих транзисторов (IGBT или MOSFET) или других типов электронных переключающих устройств. На рисунке 4a переключатели S2 и S3 включены в течение определенного времени, а S1 и S4 выключены.

Для получения прямоугольной волны 60 Гц каждая пара переключателей включена на половину периода, который составляет 8,33 мс.

Как видите, постоянный ток проходит через нагрузку, что создает положительное выходное напряжение. На рисунке 4b противоположные переключатели включены и выключены.Ток проходит через нагрузку в обратном направлении, а выходное напряжение отрицательное. Полный цикл включения / выключения переключателей дает переменную прямоугольную волну.

Транзисторы переключаются схемой управления синхронизацией, которая не показана для простоты. Гармонические искажения типичного выходного сигнала прямоугольной формы находятся в диапазоне 45%, которые можно несколько уменьшить, отфильтровав некоторые гармоники.

Рисунок 4 Инверторный мост . Инверторный мост (H-мост) — это метод создания прямоугольной волны из постоянного напряжения.

Работа модифицированного синусоидального инвертора

Работа базового H-моста улучшена для создания измененной синусоидальной волны с неверным названием, которая показана на рисунке 5. (Возможно, модифицированная прямоугольная волна было бы лучше.) Результирующая волна далеко не похожа на синусоидальную волну, несмотря на название, и не может использоваться для некоторых типов нагрузок. Волна создается из прямоугольной волны и добавляет короткое мертвое время между положительными и отрицательными отклонениями прямоугольной волны.

Хотя результирующий выходной сигнал определенно не является синусоидальной волной, гармонические искажения уменьшаются до 24% по сравнению с 45% чистой прямоугольной волны. Это все еще значительное количество искажений. Фильтрация может уменьшить это искажение; однако фильтрация также значительно снижает мощность нагрузки и, таким образом, снижает эффективность.

Рисунок 5 Концепция модифицированного синусоидального инвертора

Обратите внимание, что так называемая модифицированная синусоида только с двумя уровнями не может использоваться для управления многими типами нагрузок, включая некоторые электронные устройства (некоторые блоки питания компьютеров исключение) и не может использоваться для отправки в сетку.

Устройства с электронным управлением скоростью (например, миксеры) или устройства с таймерами могут иметь проблемы и могут быть повреждены из-за измененной синусоидальной волны.

Также , что-либо с двигателем может работать не так эффективно, как с чистой синусоидой. Кроме того, шум может возникать из-за быстрых переходов в форме волны. Это может вызвать гудение в акустической системе. В результате этих проблем модифицированная синусоида имеет ограниченное применение.

Путем включения другого уровня в двухуровневую модифицированную синусоидальную волну создается вариация модифицированной синусоидальной волны, которая более точно приближается к синусоидальной волне, как показано на рисунке 6.

Это достигается более сложной схемой переключения. В результате уменьшается содержание гармоник с меньшими искажениями, чем у модифицированной синусоидальной волны. Эту форму сигнала иногда называют квазисинусоидальной волной , хотя этот термин также иногда используется для описания двухуровневой модифицированной синусоидальной волны .

Рисунок 6 Трехуровневая модифицированная синусоида, создающая квазисинусоидальную волну

Однофазный синусоидальный инвертор в рабочем состоянии

Бестрансформаторные инверторы намного легче по весу из-за отсутствия трансформатора, и они имеют более высокий КПД, чем инверторы с трансформаторами.

Они используются в Европе, но не так часто в США из-за прошлых требований NEC. До 2005 года кодекс NEC требовал, чтобы все солнечные электрические системы были заземлены отрицательно.

Многие инженеры-электрики выражали озабоченность по поводу подключения бестрансформаторных электрических систем к коммунальной сети из-за отсутствия изоляции между цепями постоянного и переменного тока.

Прямоугольная волна, модифицированная синусоида и квазисинусоида — все они имеют ряд гармоник, которые, как вы знаете, представляют собой синусоидальные волны с частотами, кратными основной частоте, и разными амплитудами.

Гармоники особенно опасны в некоторых приложениях, поэтому высококачественные синусоидальные инверторы являются наиболее широко используемым типом.

С помощью ШИМ и фильтрации нижних частот можно сформировать почти чистую синусоидальную волну. В процессе ШИМ формируется импульсный сигнал с изменяющейся шириной импульса, пропорциональной амплитуде сигнала (в данном случае синусоидальная волна).

  • В инверторе для формирования сигнала ШИМ используются опорный сигнал малой мощности с частотой 60 Гц и треугольный сигнал более высокой частоты.
  • Значения амплитуды синусоидальной волны дискретизируются треугольной волной для получения формы волны ШИМ.
  • ШИМ-сигнал проходит через фильтр нижних частот (эквивалентный математическому процессу интегрирования) и воспроизводит синусоидальную волну с очень небольшим искажением, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7 Широтно-импульсная модуляция

Искажения можно уменьшить еще больше, увеличив частоту треугольной волны относительно синусоидальной волны, но дополнительное переключение может означать небольшую потерю эффективности.

Принципиальная схема однофазного синусоидального инвертора показана на рисунке 8. Возможны и другие варианты.

Основные операции синусоидального инвертора

В синусоидальном инверторе используется маломощный электронный генератор сигналов для генерации опорной синусоидальной волны 60 Гц и прямоугольной волны 60 Гц, синхронизированных с синусоидальной волной.

Опорная синусоида поступает в схему ШИМ вместе с треугольной волной, которая используется для выборки значений синусоидальной волны для получения управляющего выходного сигнала ШИМ.Этот сигнал управления ШИМ управляет электронным переключателем, который преобразует входной постоянный ток в напряжение ШИМ.

Напряжение ШИМ и прямоугольная волна 60 Гц являются входами для H-моста. Выходной сигнал H-моста представляет собой переменное напряжение ШИМ , как показано на рисунке 8.

Фильтр преобразует переменное напряжение ШИМ в синусоидальную волну полезного действия, которая поступает на трансформатор, который повышает его для использования в нагрузка.

Рисунок 8 Принципиальная схема однофазного синусоидального инвертора

Работа трехфазного инвертора

Доступны инверторы, которые выдают трехфазный выход, а не однофазный.Дома и малые предприятия обычно используют однофазное или двухфазное питание (две противоположные фазы).

Трехфазное питание используется для распределения по линиям электропередач и для потребителей, использующих большие двигатели и другие сильноточные нагрузки.

До этого момента наше обсуждение ограничивалось однофазным синусоидальным выходом, как показано на рисунке 9a.

Трехфазное питание состоит из трех синусоидальных волн, каждая из которых разнесена на одну треть цикла (120 °), как показано на рисунке 9b.

Рис. 9 Сравнение однофазного и трехфазного питания

Трехфазное питание используется для распределения электроэнергии, поскольку оно очень эффективно. Он используется в промышленности, потому что трехфазные двигатели и другие машины работают более плавно и эффективно и служат дольше, чем однофазные, поскольку мощность не меняется во времени.

При трехфазном питании по трем проводам может передаваться значительно больше мощности, чем при однофазном питании по двум проводам (для проводов того же диаметра).

Однофазный инвертор против трехфазного

Основная разница между однофазным инвертором и трехфазным инвертором — это тип используемого инверторного моста.

На рисунке 10 показана концепция модифицированного инверторного моста, используемого в трехфазных инверторах. Входной сигнал постоянного тока обрабатывается для получения напряжения ШИМ с расщепленной фазой, которое подключается к трехполюсному инверторному мосту с шестью транзисторными переключателями (для простоты показаны механические переключатели).

Управление переключателем включает каждый переключатель последовательно на 8,33 мс, что соответствует полупериоду сигнала 60 Гц.

  • Временные интервалы все равны; то есть t1 = t2 = t3 = t4 = t5 = t6 = 8,33 мс. Например, , переключатели S1 и S2 включаются и выключаются поочередно на 8,33 мс, создавая переменное напряжение ШИМ A.
  • Начиная с точного момента времени в течение t3, переключатель S3 включается для создания фазового сдвига 120 ° между напряжением A ШИМ. и напряжение ШИМ B.
  • Затем S3 и S4 попеременно включаются и выключаются, создавая переменное напряжение ШИМ B.
  • Затем, в точное время в течение t5, включается переключатель S5, чтобы создать фазовый сдвиг на 120 ° между напряжением ШИМ B и напряжением ШИМ. C.
  • Затем S5 и S6 включаются и выключаются поочередно, создавая переменное напряжение ШИМ C.

Рисунок 10 Использование модифицированного инверторного моста для трехфазной генерации

  • Напряжения ШИМ фильтруются до производят синусоидальные волны, как показано ранее.
  • Конечный выход представляет собой трехфазное синусоидальное напряжение с фазой 120 ° между каждой из синусоидальных волн. Этот выход используется для управления сбалансированной трехфазной нагрузкой, такой как трехфазный двигатель.

Другой способ создания трехфазного выхода — использование трех однофазных инверторов и трехфазного блока синхронизации, как показано на рисунке 11.

Блок синхронизации вводит фазовый сдвиг на 120 ° между каждым из три однофазных входа и выдает трехфазный выход, синхронизированный с сетью.

Рис. 11 Трехфазный выход с использованием трех однофазных инверторов

Контрольные вопросы

  1. Для чего нужен преобразователь постоянного тока в переменный?
  2. Назовите три типа инверторов в зависимости от их мощности.
  3. Для чего нужен H-мост?
  4. Что такое ШИМ? Как формируется сигнал ШИМ для инвертора?
  5. В чем разница между однофазным и трехфазным переменным током?
  6. Какой тип переменного тока обычно используется в жилых домах и на малых предприятиях?
  7. Назовите одно преимущество трехфазного перед однофазным.

Ответы

  1. Инвертор принимает выходное постоянное напряжение батарей или источника энергии и преобразует его в стандартное сетевое напряжение или трехфазное напряжение.
  2. Синусоидальная волна, модифицированная синусоида и прямоугольная волна
  3. H-мост преобразует постоянный ток в переменную или биполярную прямоугольную волну.
  4. PWM означает «широтно-импульсная модуляция». Он создает импульсную форму волны с шириной импульса, пропорциональной амплитуде синусоидальной волны, путем сравнения эталонной синусоидальной волны с высокочастотной треугольной волной.
  5. Однофазный, имеет одно переменное напряжение; трехфазный имеет три напряжения переменного тока, разделенных одной третью цикла каждое.
  6. Однофазные и двухфазные; Разделенная фаза имеет две формы волны, которые на 180 не совпадают по фазе друг с другом.
  7. Трехфазный более эффективен для привода больших двигателей и не требует отдельных пусковых обмоток или другого метода пуска.

Схема и принципы работы сетевого инвертора




ЧТО ЭТО?

Grid-interactive или Grid-инвертор (GTI) — это электронное устройство, которое преобразует напряжение постоянного тока (DC) в напряжение переменного тока (AC) и которое может работать параллельно с электросетью.Напряжение постоянного тока обычно поступает от фотоэлектрических панелей или аккумуляторов энергии. GTI позволяют объединять системы возобновляемой энергии с сетью. Цепи обработки мощности в GTI имеют тот же принцип работы, что и у обычных автономных DC-AC SMPS. Основные отличия заключаются в алгоритме управления и функциях безопасности. GTI в основном принимает переменное нерегулируемое напряжение от массива солнечных панелей и инвертирует его в переменный ток, синхронизированный с сетью. Он должен автоматически прекращать подачу электричества в линии электропередач при отключении сети.GTI может обеспечить электричеством ваш дом и даже подать избыток электроэнергии в сеть, чтобы снизить ваши счета за электроэнергию.

В зависимости от мощности и уровней входного напряжения схемы GTI обычно имеют от одной до трех ступеней. Концептуальная принципиальная схема силовой передачи, представленная ниже, иллюстрирует принципы работы трехступенчатого инвертора для подключения к сети. Такая топология может быть полезна для низковольтных входов (например, 12 В) в заземленных системах. Цепи управления и прочие детали здесь не показаны.Как я упоминал выше, существуют также двухкаскадные и одноступенчатые конфигурации (см. Примеры синусоидальных топологий и основные принципы преобразователя постоянного тока в переменный).

КАК ЭТО РАБОТАЕТ.

Входное напряжение сначала повышается повышающим преобразователем, состоящим из катушки индуктивности L1, полевого МОП-транзистора Q1, диода D1 и конденсатора C2. Если фотоэлектрическая батарея рассчитана на напряжение более 50 В, как правило, одна из входных шин постоянного тока должна быть заземлена в соответствии с Национальным электрическим кодексом®. Однако NEC® допускает некоторые исключения, которые мы обсудим ниже.Хотя теоретически любая из двух шин может быть соединена с землей, обычно это отрицательная шина. Важно помнить, что если вход постоянного тока имеет проводящий провод на землю, выходные проводники переменного тока в конфигурациях с сетевым взаимодействием должны быть изолированы от постоянного тока. В нашем примере гальваническая развязка обеспечивается высокочастотным трансформатором на втором этапе преобразования. Этот каскад представляет собой преобразователь постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией. На схеме выше показан изолирующий преобразователь полного моста (также известный как H-мост).Он состоит из Q2-Q5, T1, D2-D5, L2 и C3. Для уровней мощности менее 1000 Вт это также может быть полумост или прямой преобразователь (подробнее см. Обзор типов SMPS). Некоторые коммерческие модели используют низкочастотный (НЧ) трансформатор в выходном каскаде вместо высокочастотного в секции DC-DC. При таком методе входной сигнал преобразуется в переменный ток частотой 60 Гц, а затем низкочастотный трансформатор изменяет его до необходимого уровня и одновременно обеспечивает изоляцию. Оборудование с НЧ трансформатором имеет значительно больший вес и размер, но оно не будет вводить постоянную составляющую в нагрузку.Вот менее известная деталь: UL 1741 допускает использование бестрансформаторных инверторов и освобождает их от испытания на выдерживаемое диэлектрическое напряжение между входом и выходом. Следовательно, этап изоляции можно исключить. Важно отметить, что проводники фотоэлектрической батареи в неизолированных конструкциях не могут быть заземлены. NEC® 690.41 допускает незаземленные конфигурации, если они соответствуют Статье 690.35. Разумеется, бестрансформаторные инверторы отличаются меньшим весом и стоимостью. Они особенно популярны в Европе, где в некоторых странах до сих пор используются двухпроводные системы без заземления.Однако из-за отсутствия гальванической развязки эти модели представляют потенциальную опасность поражения электрическим током. В такой установке, если человек касается клеммы фотоэлектрической панели или батареи, он / она окажется под потенциалом линии переменного тока. Вот почему для бестрансформаторных систем требуются дополнительные защитные устройства в соответствии со статьей 690.35 NEC® и специальные предупреждающие таблички, размещаемые там, где цепи под напряжением могут подвергаться воздействию во время обслуживания.

T1 может быть так называемого повышающего типа для усиления входного напряжения. При повышающем T1 первая ступень (повышающий преобразователь) может быть опущена .Однако высокое отношение витков приводит к большой индуктивности рассеяния. Это, в свою очередь, вызывает скачки напряжения на полевых транзисторах и выпрямителях, а также другие нежелательные эффекты.
Регулируемый преобразователь обеспечивает связь постоянного тока с выходным преобразователем переменного тока. Его значение должно быть выше пикового значения переменного напряжения сети. Например, для службы 120 В переменного тока напряжение постоянного тока должно быть> 120 * √2 = 168 В. Типичные значения — 180-200 В. Для 240 В переменного тока вам потребуется 350-400 В постоянного тока.
Третья ступень преобразования преобразует постоянный ток в переменный с помощью другого мостового преобразователя.Он состоит из IGBT Q6-Q9 и LC-фильтра L3, C4.

БТИЗ Q6-Q9 работают как электронные переключатели, работающие в режиме ШИМ. Эта топология требует антипараллельных диодов свободного хода, чтобы обеспечить альтернативный путь для тока, когда переключатели выключены. Эти диоды либо входят в состав IGBT, либо добавляются извне. Управляя различными переключателями в H-мосте, можно подавать положительный, отрицательный или нулевой потенциал на катушку индуктивности L3. Затем выходной LC-фильтр уменьшает высокочастотные гармоники, создавая синусоидальную волну.

Любой источник питания для связи с сетью должен синхронизировать свою частоту, фазу и амплитуду с электросетью и подавать синусоидальный ток в нагрузку. Обратите внимание, что если выход инвертора (Vout) выше напряжения сети, GTI будет перегружен. Если он ниже, GTI может потреблять ток, а не обеспечивать его. Чтобы обеспечить ограниченный ток в ваши нагрузки, а также обратно в линию, и поскольку сеть действует как источник с очень низким импедансом, типичный ГТД предназначен для работы в качестве источника с регулируемым током, а не в качестве источника напряжения. источник.Обычно между ГТД и сетью имеется дополнительный дроссель связи (L , сетка ), который действует как прокладка, «поглощающая» дополнительное напряжение переменного тока. Это также уменьшает гармоники тока, генерируемые ШИМ. Недостатком сетки L является то, что она вводит дополнительные полюса в контур управления, что потенциально может привести к нестабильности системы.

В солнечных приложениях, чтобы максимизировать эффективность системы, GTI также должен отвечать определенным требованиям, определяемым фотоэлектрическими панелями.Солнечные панели обеспечивают разную мощность в разных точках их вольт-амперной (V-I) характеристики. Точка на кривой V-I, где выходная мощность максимальна, называется точкой максимальной мощности (MPP). Солнечный инвертор должен гарантировать, что фотоэлектрические модули работают рядом с их MPP. Это достигается с помощью специальной схемы управления в первом каскаде преобразования, которая называется трекером MPP (MPPT). GTI также должен обеспечивать так называемую защиту от изолирования . При отказе сети или когда ее уровень напряжения или частота выходит за допустимые пределы, автоматический выключатель должен быстро отключить выход системы от линии.Время отключения зависит от условий сети и указано в стандарте UL 1741. В худших случаях, когда напряжение в сети падает ниже 0,5 от номинального или его частота отклоняется на +0,5 или -0,7 Гц от номинального значения, GTI должен прекратить экспорт. возвращение в сеть менее чем за 100 миллисекунд. Защита от изолирования может быть достигнута, например, с помощью функций обнаружения пониженного напряжения переменного тока или максимального тока на выходе. В нашем примере показана система с возможностью резервного питания: при размыкании SW контактора GTI будет обеспечивать питание критических нагрузок, подключенных к субпанели.Вопреки распространенному заблуждению, обычная фотоэлектрическая система снизит ваши затраты на электроэнергию, но не обеспечит резервного питания, если у вас нет специальной настройки с резервным аккумулятором.

Реализация алгоритма управления сетевыми инверторами довольно сложна и обычно выполняется с помощью микроконтроллеров. Любители часто ищут в Интернете полную схему инвертора для привязки сетки. К сожалению, это почти бесплодная задача — GTI вряд ли можно назвать сделанным самим проектом. Также обратите внимание, что подключение любого генератора, не одобренного UL, к проводке, подключенной к сети, может быть незаконным.В любом случае, производители GTI явно не будут раскрывать детали своей конструкции. Даже если бы вы смогли найти полную схему, она была бы бесполезна без исходного кода контроллера. Для инженеров существует бесплатная инструкция по применению AN3095 от ST Micro. Он предоставляет полную принципиальную схему солнечного инвертора и руководство по проектированию фотоэлектрического инвертора мощностью 3000 Вт, но не предоставляет исходный код.

Принцип работы инвертора-hfjnge.com

Инвертор — это преобразователь постоянного тока в переменный, который на самом деле представляет собой напряжение инверсионный процесс.

Преобразователь представляет собой выход постоянного тока 12 В, который преобразует переменное напряжение сеть в стабильное напряжение 12 В постоянного тока, а инвертор — напряжение 12 В постоянного тока, которое преобразует Адаптер выводит на высоковольтный переменный ток высокой частоты. Оба в деталях также используется более широко используемый метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В Основная часть — это интегрированный ШИМ-контроллер, Адаптер ИСПОЛЬЗУЕТ UC3842 и инвертор ИСПОЛЬЗУЕТ микросхему TL5001. Диапазон рабочего напряжения TL5001 3.6 ~ 40 В, в салоне есть усилитель ошибок, регулятор, автогенератор, контроль мертвой зоны генератора ШИМ, схемы защиты от низкого напряжения и защиты от короткого замыкания цепь и т. д.

1. входная часть интерфейса: входная часть имеет 3 сигнала, 12 В постоянного тока входной VIN, работа включает напряжение ENB и сигнал управления током панели DIM.VIN обеспечивается адаптером, напряжение ENB подается микроконтроллером на материнской плате значение 0 или 3 В, а при ENB = 0 инвертор не работа, пока ENB = 3V, инвертор находится в нормальном рабочем состоянии; И DIM напряжение, подаваемое с основной платы, и диапазон его изменения от 0 до 5 В, обратная связь по разному значению DIM на ШИМ-контроллер, инвертор для нагрузки ток тоже будет другим, значение DIM меньше, чем больше инвертор выходной ток.

2. Схема запуска напряжения: ENB — высокий ток, выходное высокое напряжение. для включения лампы подсветки панели.

3. ШИМ-контроллер: состоит из следующих функций: внутреннее опорное напряжение, усилитель ошибки, генератор и ШИМ, перенапряжение защита, защита от пониженного напряжения, защита от короткого замыкания, выход транзистор.

4. Преобразование постоянного тока: состоит из трубки переключателя MOS и накопителя энергии схема преобразования напряжения индуктора, входной импульсный привод после двухтактного Усилитель с усиленной трубкой MOS выполняет действие переключателя, заставляет напряжение постоянного тока заряжаться и разряд индуктивности, так что другой конец индуктивности может быть переменным током Напряжение.

5. Колебания LC и выходные цепи: необходимое напряжение 1600 В для включения лампы и снижения напряжения до 800 В после включения лампы. начал.

6. Обратная связь по выходному напряжению: когда нагрузка работает, обратная связь напряжение выборки используется для стабилизации выходного напряжения инвертора.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *