Инвертор что делает: Для чего нужен инвертор (преобразователь напряжения) и как выбрать

Содержание

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.

Инверторы напряжения — это… Что такое Инверторы напряжения?

Инверторы напряжения — инвертором напряжения (по зарубежной терминологии DC/AC converter) называют устройство, преобразующие электрическую энергию источника напряжения постоянного тока в электрическую энергию переменного тока.

  • Инверторы напряжения (ИН) могут применяться в виде отдельного законченного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока.[1][2] Потребность в таких устройствах связана с широким внедрением в различных отраслях промышленности и бизнесе компьютерных технологий.
    [3]
    [4][5] При этом недостаточная надежность сетей переменного тока является основным источником нарушения технологического цикла производственных процессов и связана с большими экономическими рисками. По оценкам специалистов ущерб от «перебоя» электрической энергии в течение одного часа в таких сферах, как финансы (брокерские операции, продажа кредитных карточек), медиа-услуги, исчисляются сотнями тысяч долларов.[6][7]

Свойства инверторов

  • Инверторы напряжения позволяют устранить или по крайней мере ослабить зависимость работы информационных систем от качества сетей переменного тока.
Например, в персональных компьютерах, информационных центрах на базе ПК при внезапном отказе сети с помощью резервной аккумуляторной батареи и инвертора можно обеспечить работу компьютеров для корректного завершения решаемых задач.
В более сложных ответственных системах инверторные устройства могут работать в длительном контролируемом режиме параллельно с сетью или независимо от нее.[8][9]
  • Кроме «самостоятельных» приложений, где инвертор выступает в качестве источника питания потребителей переменного тока, широкое развитие получили технологии преобразования энергии, где инвертор является промежуточным звеном в цепочке преобразователей.
Принципиальной особенностью инверторов напряжения для таких приложений является высокая частота преобразования (десятки-сотни килогерц). Для эффективного преобразования энергии на высокой частоте требуется более совершенная элементарная база (полупроводниковые ключи, магнитные материалы, специализированные контроллеры).
  • Как и любое другое силовое устройство, инвертор должен иметь высокий КПД, обладать высокой надежностью и иметь приемлемые массо-габаритные характеристики.[10][11]
Кроме того, ИН длжен иметь допустимый уровень высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения (допустимое значение коэффициентов гармоник) и не создавать при работе недопустимый для других потребителей уровень пульсации на зажимах источника энергии.

Работа инвертора

Работа инвертора напряжения (ИН) основана на переключении источника постоянного напряжения с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения «задается» сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

  1. регулирование напряжения;
  2. синхронизация частоты переключения ключей;
  3. защитой их от перегрузок; и др.

Методы технической реализации инверторов и особенности их работы

  1. Ключи инвертора должны быть управляемыми (включаются и выключаются по сигналу управления), а также обладать свойством двухсторонней проводимости тока.[12] Как правило такие ключи получают шунтированием транзисторов обратными диодами. Исключение составляют полевые транзисторы, в которых такой диод является внутренним элементом его полупроводниковой структуры.
  2. Регулирование выходного напряжения инверторов достигается изменением площади импульса полуволны. Наиболее простое регулирование достигается регулирование длительности (шины) импульса полуволны. Такой способ является простейшим вариантом метода широтно-импульсной модуляции сигналов (ШИМ).
  3. Нарушение симметрии полуволн выходного напряжения порождает побочные продукты преобразования с частотой ниже основной, включая возможность появления постоянной составляющей напряжения, недопустимой для цепей, содержащих трансформаторы.
  4. Для получения управляемых режимов работы инвертора, ключи инвертора и алгоритм управления ключами должны обеспечить последовательную смену структур силовой цепи, называемых прямой, коротко замкнутой и инверсной.
  5. Мгновенная мощность потребителя пульсирует с удвоенной частотой. Первичный источник питания должен допускать работу с пульсирующими и даже изменяющими знак токами потребления. Переменные составляющие первичного тока определяют уровень помех на зажимах источника питания.

Типовые схемы инверторов напряжения

Существуют большое число вариантов построения схем инверторов.[13][14] Исторически первыми были механические инверторы, которые в эпоху развития полупроводниковых технологий заменили более технологичные инверторы на базе полупроводниковых элементов, и цифровые инверторы напряжения. Но все же, как правило, выделяют три основные схемы инверторов напряжения:

  • Мостовой ИН без трансформатора

Мостовой ИН без трансформатора

Область применения: устройства бесперебойного питания мощностью более 500 ВА, установки с высоким значением энергии (220..360 В).
  • С нулевым выводом трансформатора

Инвертор напряжения с нулевым выводом трансформатора

Область применения: Устройства бесперебойного питания компьютеров мощностью (250.. 500 ВА), при низком значении напряжения (12..24 В), преобразователи напряжения для подвижных систем радиосвязи.
  • Мостовая схема с трансформатором

Мостовой инвертор напряжения с трансформатором

Область применения: Устройства бесперебойного питания ответственных потребителей с широким диапазоном мощностей: единицы — десятки кВА.[15]

Принцип построения инверторов

  • Инверторы с прямоугольной формой выходного напряжения
Преобразование постоянного напряжения первичного источника в переменное достигается с помощью группы ключей, периодически коммутируемых таким образом, чтобы получить знакопеременное напряжение на зажимах нагрузки и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи реактивной энергии. В таких режимах гарантируется пропорциональность выходного напряжения. В зависимости от конструктивного исполнения модуля переключения (модуля силовых ключей инвертора) и алгоритма формирования управляющих воздействий, таким фактором могут быть относительная длительность импульсов управления ключами или фазовый сдвиг сигналов управления противофазных групп ключей. В случае неконтролируемых режимов циркуляции реактивной энергии реакция потребителя с реактивными составляющими нагрузки влияет на форму напряжения и его выходную величину.[16][17]
  • Инверторы напряжения со ступенчатой формой кривой выходного напряжения
Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования формируются однополярные ступенчатые кривые напряжения, приближающиеся по форме к однополярной синусоидальной кривой с периодом, равным половине периода изменения выходного напряжения инвертора. Затем с помощью, как правило, мостового инвертора однополярные ступенчатые кривые напряжения преобразуются в разнополярную кривую выходного напряжения инвертора.
  • Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения
Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования получают напряжение постоянного тока, значение которого близко к амплитудному значению синусоидального выходного напряжения инвертора. Затем это напряжение постоянного тока с помощью, как правило, мостового инвертора преобразуется в переменное напряжение по форме, близкое к синусоидальному, за счет применении соответствующих принципов управления транзисторами этого мостового инвертора (принципы так называемой «многократной широтно-импульсной модуляции»).[18][19] Идея этой «многократной» ШИМ заключается в том, что на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора соответствующая пара транзисторов мостового инвертора коммутируется на высокой частоте (многократно) при широтно-импульсном управлении. Причем длительность этих высокочастотных импульсов коммутации изменяется по синусоидальному закону . Затем с помощью высокочастотного фильтра нижних частот выделяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора.[16]
  • Инверторы напряжения с самовозбуждением
Инверторы с самовозбуждением (автогенераторы) относятся к числу простейших устройств преобразования энергии постоянного тока. Относительная простота технических решений или достаточно высокой энергетической эффективности привело к их широкому применению в маломощных источниках питания в системах промышленной автоматики и генерировании сигналов прямоугольной формы, особенно в тех приложениях, где отсутствует необходимость в управлении процессом передачи энергии. В этих инверторах используется положительная обратная связь, обеспечивающая их работу в режиме устойчивых автоколебаний, а переключение транзисторов осуществляется за счет насыщения материала магнитопровода трансформатора.[20][21] В связи со способом переключения транзисторов, с помощью насыщения материала магнитопровода трансформатора, выделяют недостаток схем инверторов, а именно низкий КПД, что объясняется большими потерями в транзисторах. Поэтому такие инверторы применяются при частотах не более 10 кГц и выходной мощности до 10 Вт. При существенных перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке в любом из инверторов с самовозбуждением происходит срыв автоколебаний (все транзисторы переходят в закрытое состояние).

Примечания

  1. Luo, Fang Lin & Ye, Hong (2004), «Advanced DC/DC Converters», CRC Press, ISBN 0-8493-1956-0 
  2. Luo, Fang Lin; Ye, Hong & Rashid, Muhammad H. (2005), «Power Digital Power Electronics and Applications», Elsevier, ISBN 0-12-088757-6 
  3. Pressman 1998, p. 306
  4. DC Power Production, Delivery and Utilization, An EPRI White Paper (PDF). Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. Page 9 080317 mydocs.epri.com
  5. DC-DC CONVERTERS: A PRIMER. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. 090112 jaycar.com.au Page 4
  6. Electrical Power Quality and Utilisation, Journal Vol. XV, No. 2, 2009: Estimation of Optimum Value of Y-Capacitor for Reducing Emi in Switch Mode Power Supplies
  7. High-efficiency power supplies for home computers and servers. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
  8. Maniktala, Sanjaya (2007), «Troubleshooting Switching Power Converters: A Hands-on Guide», Newnes/Elsevier, ISBN 0-7506-8421-6 
  9. Nelson, Carl (1986), «LT1070 design Manual», vol. AN19 publisher= Linear Technology, <http://www.linear.com/docs/4176>  Application Note giving an extensive introduction in Buck, Boost, CUK, Inverter applications. (download as PDF from http://www.linear.com/designtools/app_notes.php)
  10. Irving, Brian T. & Jovanović, Milan M. (2002), «Analysis and Design of Self-Oscillating Flyback Converter», Proc. IEEE Applied Power Electronics Conf. (APEC), сс. 897–903, <http://www.deltartp.com/dpel/dpelconferencepapers/S19P6.pdf>. Проверено 30 сентября 2009. 
  11. Energy Savings Opportunity by Increasing Power Supply Efficiency. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
  12. Foutz, Jerrold. Switching-Mode Power Supply Design Tutorial Introduction. Проверено 6 октября 2008.
  13. Switching Regulators for Poets
  14. Переводчик Google
  15. http://www.compeljournal.ru/images/articles/2009_15_6.pdf
  16. 1 2 MIT open-courseware, Power Electronics, Spring 2007
  17. Switch Mode Power Supplies
  18. Pressman, Abraham I.; Billings, Keith & Morey, Taylor (2009), «Switching Power Supply Design» (Third ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-148272-5 
  19. Rashid, Muhammad H. (2003), «Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications», Prentice Hall, ISBN 0-13-122815-3 
  20. Basso, Christophe (2008), «Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs», McGraw-Hill, ISBN 0-07-150858-9 
  21. Erickson, Robert W. & Maksimovic, Dragan (2001), «Fundamentals of Power Electronics» (Second ed.), ISBN 0-7923-7270-0 

См. также

Литература

  • Бушуев В.М., Деминский В. А., Захаров Л.Ф., Козляев Ю.Д., Колканов М.Ф. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. — М.: Горячая линия — Телеком, 2009. — 384 с. — ISBN 978-5-9912-0077-6
  • Китаев В.Е., Бокуняев А. А., Колканов М.Ф. Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975. — 328 с.
  • Ирвинг М., Готтлиб Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы.. — 2-е изд. — М.: Постмаркет, 2002. — 544 с. — ISBN 5-901095-05-7
  • Раймонд Мэк Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению. — М.: Додэка-ΧΧΙ, 2008. — 272 с. — ISBN 978-5-94120-172-3
  • Угрюмов Е. П. Теория и практика эволюционного моделирования. — 2-е изд. — СПб: БХВ-Петербург, 2005. — С. 800. — ISBN 5-94157-397-9
  • Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с. — 60 000 экз.
  • Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3

Ссылки

Инвертор мощности — Power inverter

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

Инвертор на отдельно стоящую солнечную установку Обзор инверторов для солнечных электростанций

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

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

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

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

Ввод и вывод

Входное напряжение

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

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

Форма выходного сигнала

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

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

Квадратная волна
Квадратная волна

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

Синусоидальная волна
Синусоидальная волна

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ближний синусоидальный ШИМ

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

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

Выходная частота

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

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

Выходное напряжение

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

Некоторые инверторы также позволяют выбирать или плавно изменять выходное напряжение.

Выходная мощность

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

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

Аккумуляторы

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

Формула для расчета емкости аккумуляторной батареи инвертора:

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

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

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

Приложения

Использование источника постоянного тока

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

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

Источники бесперебойного питания

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

Контроль скорости электродвигателя

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

В холодильных компрессорах

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

Энергосистема

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

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

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

Солнечная

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

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

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

Индукционный нагрев

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

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

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

Передача электроэнергии HVDC

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

Электрошоковое оружие

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

Разное

Типичные области применения силовых инверторов:

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

Описание схемы

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

Основной дизайн

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

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

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

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

Продвинутый дизайн

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

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

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

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

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

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

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

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

Форма волныСигнальные
переходы
за период
Гармоники
устранены
Гармоники
усилены

Описание системы
THD
22-х уровневая
прямоугольная волна
~ 45%
43, 9, 27,…3-х уровневая
модифицированная синусоида
> 23,8%
85-уровневая
модифицированная синусоида
> 6,5%
103, 5, 9, 277, 11,…2-уровневая
очень медленная ШИМ
123, 5, 9, 277, 11,…3-х уровневая
очень медленная ШИМ

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

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

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

Подробнее о достижении синусоидальной волны

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

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

Улучшенное квантование

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

Трехфазные инверторы

Трехфазный инвертор с нагрузкой, подключенной звездой

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

Схема переключения трехфазного инвертора, показывающая 6-ступенчатую последовательность переключения и форму волны напряжения между клеммами A и C (2 3 — 2 состояния)

Для создания инверторов с более высокой номинальной мощностью два шестиступенчатых трехфазных инвертора могут быть подключены параллельно для более высокого номинального тока или последовательно для более высокого номинального напряжения. В любом случае выходные сигналы сдвигаются по фазе для получения 12-ступенчатой ​​формы сигнала. Если комбинировать дополнительные инверторы, получается 18-ступенчатый инвертор с тремя инверторами и т. Д. Хотя инверторы обычно объединяются с целью достижения повышенных номинальных значений напряжения или тока, качество формы сигнала также улучшается.

Размер

По сравнению с другими бытовыми электроприборами инверторы имеют большие размеры и объем. В 2014 году Google вместе с IEEE начали открытый конкурс под названием Little Box Challenge с призовым фондом в 1 000 000 долларов на создание инвертора (намного) меньшего размера.

История

Ранние инверторы

С конца девятнадцатого века до середины двадцатого века преобразование энергии постоянного тока в переменное осуществлялось с помощью вращающихся преобразователей или мотор-генераторных установок (комплектов MG). В начале двадцатого века вакуумные лампы и газонаполненные трубки начали использоваться в качестве переключателей в инверторных схемах. Наиболее распространенным типом трубки был тиратрон .

Происхождение электромеханических инверторов объясняет источник термина инвертор . В ранних преобразователях переменного тока в постоянный использовался асинхронный или синхронный двигатель переменного тока, напрямую подключенный к генератору (динамо), так что коммутатор генератора менял местами свои соединения в точные моменты времени для выработки постоянного тока. Более поздняя разработка — синхронный преобразователь, в котором обмотки двигателя и генератора объединены в один якорь, с контактными кольцами на одном конце и коммутатором на другом и только с одной полевой рамой. Результатом является вход переменного тока или выход постоянного тока. С установленным MG можно считать, что постоянный ток генерируется отдельно от переменного тока; с синхронным преобразователем, в определенном смысле его можно рассматривать как «переменный ток с механическим выпрямлением». При наличии подходящего вспомогательного и управляющего оборудования генератор MG или роторный преобразователь может работать «в обратном направлении», преобразовывая постоянный ток в переменный. Следовательно, инвертор — это инвертированный преобразователь.

Управляемые выпрямительные инверторы

Поскольку ранние транзисторы не были доступны с достаточными номинальными значениями напряжения и тока для большинства инверторных приложений, переход к схемам твердотельного инвертора был инициирован появлением в 1957 году тиристорного или кремниевого выпрямителя (SCR) .

12-импульсная схема инвертора с линейной коммутацией

Требования к коммутации тиристоров являются ключевым моментом в схемах тиристоров. СНД не выключайте или коммутировать автоматически , когда сигнал управления затвора отключается. Они отключаются только тогда, когда прямой ток снижается до уровня ниже минимального удерживающего тока, который изменяется в зависимости от типа тиристора посредством некоторого внешнего процесса. Для тиристоров, подключенных к источнику питания переменного тока, коммутация происходит естественным образом каждый раз, когда полярность напряжения источника меняется. Для тиристоров, подключенных к источнику питания постоянного тока, обычно требуются средства принудительной коммутации, которые принудительно обнуляют ток, когда требуется коммутация. В наименее сложных схемах SCR используется естественная коммутация, а не принудительная. С добавлением схем принудительной коммутации, тиристоры используются в схемах инверторов, описанных выше.

В приложениях, где инверторы передают мощность от источника постоянного тока к источнику переменного тока, можно использовать выпрямительные схемы, управляемые переменным током в постоянный, работающие в режиме инверсии. В режиме инверсии схема управляемого выпрямителя работает как инвертор с коммутацией линии. Этот тип работы может использоваться в системах передачи энергии постоянного тока высокого напряжения и в режиме рекуперативного торможения в системах управления двигателями.

Другой тип схемы инвертора SCR — инвертор входа источника тока (CSI). Инвертор CSI — это двойник шестиступенчатого инвертора источника напряжения. С инвертором источника тока источник питания постоянного тока сконфигурирован как источник тока, а не как источник напряжения . SCR инвертора переключаются в шестиступенчатой ​​последовательности, чтобы направить ток на нагрузку трехфазного переменного тока в виде ступенчатой ​​формы волны тока. Методы коммутации инвертора CSI включают коммутацию нагрузки и параллельную коммутацию конденсаторов. В обоих методах регулировка входного тока помогает коммутации. При коммутации нагрузки нагрузка представляет собой синхронный двигатель, работающий с опережающим коэффициентом мощности.

Поскольку они стали доступны в более высоких номиналах напряжения и тока, полупроводники, такие как транзисторы или IGBT, которые можно отключать с помощью управляющих сигналов, стали предпочтительными переключающими компонентами для использования в схемах инвертора.

Количество импульсов выпрямителя и инвертора

Цепи выпрямителя часто классифицируются по количеству импульсов тока, которые протекают на стороне постоянного тока выпрямителя за цикл входного переменного напряжения. Однофазный однополупериодный выпрямитель представляет собой схема одного импульса и однофазный двухполупериодный выпрямитель представляет собой схема два импульсов. Трехфазный однополупериодный выпрямитель представляет собой трехимпульсную схему, а трехфазный двухполупериодный выпрямитель — шестиимпульсную схему.

В трехфазных выпрямителях два или более выпрямителя иногда подключаются последовательно или параллельно для получения более высоких значений напряжения или тока. Входы выпрямителя питаются от специальных трансформаторов, обеспечивающих выходы со сдвигом фазы. Это имеет эффект умножения фазы. Шесть фаз получаются от двух трансформаторов, двенадцать фаз — от трех трансформаторов и так далее. Соответствующие схемы выпрямителя — это 12-пульсные выпрямители, 18-пульсные выпрямители и так далее …

Когда схемы управляемого выпрямителя работают в режиме инверсии, они также классифицируются по количеству импульсов. В выпрямительных схемах с более высоким числом импульсов снижено содержание гармоник во входном переменном токе и уменьшены пульсации выходного напряжения постоянного тока. В режиме инверсии схемы с более высоким числом импульсов имеют более низкое содержание гармоник в форме волны выходного напряжения переменного тока.

Прочие примечания

В крупных коммутационных аппаратах для передачи энергии, установленных до 1970 г., использовались преимущественно ртутно-дуговые клапаны . Современные инверторы обычно твердотельные (статические инверторы). Современный метод конструктивных особенностей компонентов , расположенных в виде Н мостовой конфигурации. Эта конструкция также довольно популярна среди небольших потребительских устройств.

Смотрите также

Ссылки

дальнейшее чтение

  • Бедфорд, Б.Д .; Hoft, RG; и другие. (1964). Принципы инверторных схем . Нью-Йорк: ISBN John Wiley & Sons, Inc. 978-0-471-06134-2.
  • Mazda, FF (1973). Тиристорное управление . Нью-Йорк: Halsted Press Div. компании John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-58116-2.
  • Ульрих Николай, Тобиас Рейманн, Юрген Петцольдт, Йозеф Лутц: Руководство по применению силовых модулей IGBT и MOSFET , 1. издание, ISLE Verlag, 1998, ISBN  3-932633-24-5 PDF-версия

внешние ссылки

Что такое инвертор — назначение, применение в электрике

Сегодня встречается довольно много информации, в которой присутствует слово инвертор. Его используют как способ привлечения внимания покупателей к новинкам той или иной электротехнической продукции. Сегодня можно встретить инверторные кондиционеры, стиральные машины, сварочные аппараты и другие бытовые электроприборы.

Что означает это слово, а также некоторые сведения об устройствах, которые ему соответствуют, будут раскрыты далее более детально.

Находим в словаре значение слова

При желании разобраться с этим словом, можно удостовериться в его многозначимости. Существуют как минимум три инвертора, относящихся к различным областям техники:

  • в электротехнике, видимо по причине краткости, его применяют вместо словосочетания «преобразователь напряжения». Хотя и обычный трансформатор, по сути, инвертирует выходное напряжение в зависимости от положения выводов в схеме.
  • В аналоговой электронике, например, в операционных усилителях, присутствует инвертирующий вход. Поэтому, если на него подается сигнал, усилитель называют инвертором (см. ниже).
Инвертирующий операционный усилитель
  • В цифровой электронике, базирующейся на целой группе логических элементов, один из них именуется инвертором потому, что выполняет логическое отрицание. На принципиальных электрических схемах его отображение аналогично показанному далее:
Изображение цифрового логического инвертирующего элемента НЕ на электрических схемах

Однако ощутимый экономический эффект, а, следовательно, и возможности изготовления хорошо продаваемых изделий, обеспечивают именно электротехнические инверторы. Они позволяют уменьшить как потери электрической энергии, так и вес изделия совместно с его габаритами, поэтому наиболее интересны для широкого круга пользователей. Следовательно, далее расскажем именно о них.   

Основные зависимости

Итак, мы имеем трансформаторы повсюду, где необходимо создать гальванически развязанные от сети (то есть полностью изолированные по постоянному току) источники ЭДС. Но даже маломощный трансформатор получается большим и тяжелым. Чтобы сохранить мощность, но при этом уменьшить его размеры и вес, нужно в первую очередь понимать, что же в трансформаторе происходит. Разберемся в деталях.

В трансформаторе у первичной и вторичной обмоток существует общий магнитный поток. Но связь между обмотками может быть лишь в пределах двух состояний сердечника:

  • от некоторого минимального (остаточного) значения магнитного потока
  • и до насыщения сердечника.

Один и тот же сердечник может достигать состояния насыщения с разной скоростью. Она зависит от величины напряжения, приложенного к первичной (намагничивающей) обмотке, и числа витков в ней. Поэтому за половину периода переменного напряжения сердечник не должен намагничиваться до состояния насыщения. При этих условиях данный сердечник способен обеспечить во вторичной обмотке определенную максимальную мощность. Она будет определена его размерами.

Если для этого же сердечника (а соответственно и трансформатора) частоту намагничивающего напряжения увеличить в два раза, скорость нарастания магнитного потока (относительно длительности периода переменного напряжения) уменьшится примерно в два раза. Следовательно, можно получить мощность во вторичной обмотке тоже примерно в два раза большую. Либо уменьшить примерно в два раза габариты трансформатора с изменением количества витков обмоток, сохранив мощность его на существующем уровне.

Но увеличение частоты приведет к усилению вихревых токов в сердечнике. Эта проблема решается применением специальных сплавов. Их соответствие частоте намагничивающего напряжения показано далее. Поскольку в таблице указаны лишь величины максимальной частоты, укажем нижние значения частотного диапазона:

  • для пермаллоев это сотни герц, в зависимости от марки и толщины ленты;
  • для ферритов это единицы килогерц, также в зависимости от марки.
Характеристики материалов, применяемых для изготовления инверторных трансформаторов Магнитопроводы из пермаллоев Магнитопроводы из ферритов

Теперь, когда стало понятно, что увеличивая частоту намагничивающего напряжения, можно уменьшить вес и габариты трансформатора, нужно решить следующую задачу – как получить это напряжение. Единственное решение – это либо автогенератор, основанный на выходном трансформаторе, либо усилитель, работающий от специального отдельного генератора. А раз так, значит, нужны усиливающие элементы с входным и выходным сигналом.

Чтобы в этих элементах получились минимальные потери, они должны работать как ключи. Электронные лампы, как и появившиеся первые мощные полупроводниковые ключи – тиристоры, требовали включения конденсаторов последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора. Это ограничивало область применения таких инверторов исключительно промышленными потребностями.

Современные инверторные схемы

Но когда появились высоковольтные транзисторы и запираемые тиристоры, стало возможно создавать огромное число самых разнообразных инверторов. Например, сегодня подавляющее большинство бытовых электронных приборов и осветительных ламп использует те или иные варианты инверторных источников питания. Исключение – те устройства, в которых недопустимы электромагнитные помехи. Они в широком спектре частот создаются электрическими импульсами при включении и выключении полупроводниковых ключей.

Для инверторных схем применяется определенная классификация. Их разделяют на однотактные и двухтактные. Разницу поясняет изображение далее. Под тактом здесь подразумевается присоединение ключом (транзистором или иным прибором аналогичного назначения) первичной обмотки выходного трансформатора к намагничивающему напряжению. В однотактном варианте намагничивающий магнитный поток однонаправленный. В двухтактном намагничивающие потоки противоположны.

На схемах вход служит для подачи постоянного напряжения питания инвертора

Однотактная схема

Инверторная схема может быть построена как на основе самовозбуждения (обе схемы на изображении выше), так и управляемой от отдельного источника сигналов (см. ниже).

Однотактный инвертор с управляемым ключом

Поскольку в трансформаторе однотактного варианта не происходит перемагничивания сердечника, его возможности по электрической мощности, снимаемой со вторичной обмотки, получаются недоиспользованными. То есть один и тот же трансформатор в однотактной схеме по мощности уступает в два раза по сравнению с двухтактной схемой. Но зато однотактные схемы – самые надежные, если выпрямитель во вторичной обмотке работает противофазно относительно основного ключа.

На изображении «Однотактный инвертор с управляемым ключом» около Т1 видны две точки. Таким способом в трансформаторе обозначаются концы обмоток с одинаковым потенциалом. В данном варианте ток через диод VD1 течет при открытом ключе VT1. Если при этом произойдет короткое замыкание на выходе выпрямителя (то есть Rн=0), ток в обмотках трансформатора многократно возрастет.

Поскольку запас прочности транзистора незначителен, вероятность его пробоя в такой ситуации 99,99%. Можно избежать порчи полупроводниковых ключей, поменяв местами концы одной из обмоток. В этом варианте в нагрузку будет отдаваться электрическая энергия, получаемая от уменьшения магнитного потока в трансформаторе. Этот процесс начинается с момента выключения транзистора VT1.

А сила тока увеличивается не скачком, как в предыдущем варианте (так называемый прямоходовой вариант, на изображении ниже справа), а нарастает почти линейно (обратноходовой вариант как на изображении ниже слева).

Схема

Мощность в нагрузке получается меньше, чем в случае прямоходовом, но зато короткие замыкания для VT в этой схеме нестрашны. На практике однотактные инверторы применяются в источниках вторичного электропитания мощностью до 200 Вт. При использовании выходного трансформатора для создания автогенерации необходимо избегать насыщения сердечника. Особенно, если он ферритовый. Суть в том, что у ферритов петля гистерезиса близка к прямоугольной (изображение ниже справа).

Поведение намагниченности

Поэтому вблизи насыщения ток намагничивания нарастает настолько быстро, что транзистор не успевает его прервать и сгорает. Чтобы избежать этого, необходимо либо ввести зазор в магнитопровод, либо использовать определенную частоту намагничивающего напряжения. Поскольку зазор заметно уменьшает мощность трансформатора, вместо него последовательно с первичной обмоткой включают дроссель. А частоту генерации задает либо RC-цепь, либо отдельный насыщаемый дроссель в цепи базы транзистора.

Но насыщение магнитопровода – не единственная опасность, угрожающая «жизни» главного ключа в инверторе однотактной схемы. Чем быстрее происходит выключение намагничивающего тока, тем больше напряжение на выключенном транзисторе. Он может быть поврежден этим высоковольтным импульсом.

Осциллограмма напряжения на главном ключе однотактного инвертора

И чтобы избавить главный ключ от перенапряжений, применяется схема на двух транзисторах, показанная далее.

Двухтранзисторный преобразователь

В этой схеме напряжение делится между ними. А также после включения диодов VD1 и VD2 максимальное напряжение на концах обмотки W1 получается лишь немного больше E. Но используя два транзистора, можно построить двухтактный инвертор, который при одних и тех же параметрах напряжения и трансформатора позволит получить мощность в два раза большую, нежели однотактный вариант.

Двухтактные схемы

Известны три основные двухактные схемы. На основе этих инверторов придумано большое число других схем, в которых уменьшены или устранены их недостатки. Схема а) состоит из двух однотактных инверторов, работающих в противофазе. Следовательно, в ней транзисторы также находятся под повышенным напряжением (см. выше).

Три основные двухтактные инверторные схемы (а, б и в)

Полумостовая и мостовая схемы лишены перенапряжений на транзисторах. Но в них есть иная проблема. В этих схемах с автогенерацией колебаний высока вероятность появления сквозного тока. Это явление связано с тем, что выключение транзистора длится дольше, нежели включение. Следовательно, они получаются частично открытыми и проводят некоторый ток, выделяя дополнительное тепло. То есть создают потери, которые могут быть губительными для них. По этой причине для главных ключей предпочтительнее управление от отдельного генератора.

Этот способ дороже, но оправдывает себя надежностью. В управляющем сигнале для каждого ключа создаются несимметричные управляющие импульсы. В результате получается задержка включения (ступенька), которая позволяет избежать сквозного тока. 

Получение ступеньки напряжения в двухтактной инверторной схеме

Хотя в мостовой схеме в два раза больше транзисторов, она обеспечивает мощность в два раза большую в сравнении со схемой полумоста. То есть это получается на одном и том же сердечнике трансформатора. Напряжение питания и допустимые для транзисторов значения силы тока остаются такими же, как и в полумосте. Но амплитуда намагничивающего напряжения получается в два раза больше. Именно полумостовые и мостовые инверторные схемы применены в большинстве современных компьютеров, сварочных аппаратов и т.д. и т.п.

О перспективах развития инверторных систем

Они в некоторых старых моделях работают уже не один десяток лет, являясь эффективной заменой обычного трансформатора. Постепенно, по мере появления все более мощных полупроводниковых приборов, инверторы массово придут в электрические сети. Это будет настоящей революцией в электроснабжении. Вместо трех проводов и переменного тока можно будет использовать постоянный ток с одним-единственным проводом. Экономический эффект получится колоссальным. Ждать осталось не более 10–15 лет, а то и менее…

Похожие статьи:

Инверторный источник сварочного тока — Википедия с видео // WIKI 2

Инверторные сварочные аппараты

Инверторный источник сварочного тока (ИИСТ, Cварочный инвертор) — один из современных видов источника питания сварочной дуги.

Инверторные источники сварочного тока для всех видов сварки устроены одинаково. Отличие состоит лишь в формируемой вольт-амперной характеристике. Поэтому возможен выпуск универсальных ИИСТ, пригодных для различных видов сварки (MMA, TIG, MIG/MAG).

Энциклопедичный YouTube

  • 1/1

    Просмотров:

    4 004

  • Сварочный аппарат. Инвертор Ресанта САИ 140 — что внутри.

Содержание

История

Основное назначение всех сварочных источников — обеспечивать стабильное горение сварочной дуги и её легкий поджиг. Одним из самых важных параметров сварочного процесса является его устойчивость к колебаниям и помехам. Существует несколько видов источников питания сварочной дуги — трансформаторы, дизельные или бензиновые электрогенераторы, выпрямители и инверторы. Инверторный источник сварочного тока появился в XX веке, а в начале XXI века стал одним из самых популярных сварочных аппаратов для всех видов дуговой сварки.

Принцип действия

Сварочный инвертор представляет собой силовой трансформатор для понижения напряжения сети до необходимого напряжения холостого хода источника, блок силовых электрических схем, в основу которых заложены транзисторы MOSFET или IGBT и стабилизирующего дросселя для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. Принцип действия инверторного источника сварочной дуги следующий: сетевое напряжение переменного тока подается на выпрямитель, после которого силовой модуль преобразует постоянный ток в переменный с повышенной частотой, который подается на высокочастотный сварочный трансформатор, имеющий существенно меньшую массу, чем сетевой, напряжение которого, после выпрямления, подается на сварочную дугу. Дуга на постоянном токе более устойчива.

Преимущества

Преимуществом инверторного источника питания сварочной дуги является уменьшение размеров силового трансформатора и улучшение динамической характеристики дуги. Использование инверторных технологий привело к уменьшению габаритов и массы сварочных аппаратов, улучшению качественного показателя сварочной дуги, повышению КПД, минимальному разбрызгиванию при сварке, позволило реализовать плавные регулировки сварочных параметров.

Недостатки

  • До конца 2000-х годов инверторные источники были намного дороже трансформаторных и менее надежны. По состоянию на 2010-е годы цена на инверторные аппараты значительно снизилась и приблизилась к трансформаторным. Надежность ИИСТ тоже существенно возросла, особенно с началом массового применения IGBT-модулей.
  • Ограниченность по коэффициенту загрузки, что связано со значительным нагревом элементов схемы.
  • Повышенная чувствительность к влажности воздуха и конденсату, выпадающему внутри корпуса.
  • Высокий (а зачастую — опасный) уровень создаваемых высокочастотных электромагнитных помех. Эта проблема частично решается применением так называемой улучшенной широтно-импульсной модуляции и синхронными выпрямителями во вторичных цепях. Однако эти решения существенно удорожают и утяжеляют устройство поэтому нашли применение лишь в профессиональных стационарных моделях. В ряде стран, например, в Канаде, Бельгии и Нидерландах, есть ограничения на применение импульсных источников питания с «жестким» переключением транзисторов. Наиболее ранние типы сварочных инверторов (построенные на биполярных транзисторах) использовали резонансный принцип и переключение выходных транзисторов при нулевой фазе тока, что существенно сужает спектр электромагнитных помех и уменьшает их спектральную мощность. По состоянию на 2015 год сварочные инверторы резонансного типа все ещё выпускаются в России и некоторыми производителями в Китае.

Схемотехника

Инверторные источники сварочного тока могут строиться по самым различным схемам, но на практике преобладают три:

  1. Однотактный прямоходный импульсный преобразователь с ШИМ-регулированием и рекупераций энергии. Такие инверторы наиболее просты, легки и компактны, но силовые транзисторы переключаются с разрывом тока при ненулевом напряжении, что приводит к значительным коммутационным потерям и большому уровню электромагнитных помех. Схема может быть реализована только на особо быстродействующих мощных MOSFET или IGBT транзисторах, поэтому получила распространение только в начале 2010-х годов. Также для работы схемы требуются мощные диоды с предельно малым временем обратного восстановления. Работоспособность схемы в значительной степени зависит от интенсивности переходных процессов на паразитных емкостях и индуктивностях компонентов, проводов и печатной платы, что требует тщательности проектирования и высокой точности изготовления. Схема применяется в переносных сварочных аппаратах, рассчитанных на небольшую мощность (до 4 кВт). Несмотря на малое число компонентов такие инверторы достаточно дорогие, причем 60-70 % стоимости составляют специальные транзисторы и диоды. Схема распространена у европейских и японских производителей.
  2. Полумостовой или мостовой двухтактный преобразователь с ШИМ-регулированием. Коммутационные потери и уровень электромагнитных помех в них меньше, чем у предыдущего типа, но все таки достаточно высок. Схема обладает большей сложностью и требует большего числа компонентов, но развиваемая преобразователем мощность существенно выше, чем в однотактных схемах (до 10 кВт). Также требуются быстродействующие MOSFET или IGBT с высокой допустимой импульсной мощностью рассеивания, хотя и меньшей, чем в однотактной схеме. Требования к диодам также существенно ниже, чем в однотактной схеме. Работоспособность схемы зависит, но в меньшей степени чем у однотактных, от интенсивности переходных процессов на паразитных емкостях и индуктивностях компонентов, проводов и печатной платы. Гибкость, скорость и точность ШИМ-регулирования позволяет управлять током дуги по сложным законам, что повышает качество сварки. Схема популярна у американских и корейских производителей.
  3. Полумостовой или мостовой резонансный преобразователь с частотным или фазовым управлением. Наличие специально введенной резонансной цепи позволяет формировать оптимальную траекторию переключения транзисторов при нулевом напряжении или нулевом токе, а также нивелировать влияние паразитных емкостей и индуктивностей. Особых требований к скорости переключения и мощности транзисторов нет, так как коммутационные процессы происходят пассивно. Это позволяет строить такие инверторы с использованием недорогих транзисторов и диодов. Пригодны даже биполярные транзисторы. Мощность резонансных инверторов может достигать десятков киловатт. Однако резонансная цепь должна обладать значительной энергоемкостью и, соответственно, большими размерами. Поэтому такие аппараты получаются достаточно габаритными и тяжелыми. В виду нетребовательности резонансных преобразователей к характеристикам транзисторов цена таких изделий может быть сравнительно низкой. По этой причине большая часть сварочных инверторов производства России и Китая делаются именно с использованием резонансной схемотехники. Доступны резонансные преобразователи и для кустарного изготовления. Резонансный преобразователь имеет сравнительно узкий диапазон и невысокую скорость регулирования, поэтому реализовать на нем можно только сравнительно простые законы управления током дуги.

Примечания

Литература

Изобретения:

  • Богданов Н. Н., Квезерели Т. И. Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки. Авторское свидетельство на изобретение Госкомизобретения СССР № 1489934 от 1 марта 1989 (приоритет изобретения 19 окт. 1989)
  • Богданов Н. Н., Квезерели Т. И., Микеладзе А. Л. Инверторный сварочный источник питания. Авторское свидетельство на изобретение Госкомизобретения СССР № 1530367 от 22 августа 1989 (приоритет изобретения 7 дек. 1987)

Ссылки

Эта страница в последний раз была отредактирована 19 марта 2020 в 13:32.

Что такое «сварочный инвертор» и как он работает?

Сварщики-профессионалы, да и просто те, кому нравиться дома при помощи сварки делать что-либо, относительно недавно получили возможность значительно облегчить себе работу.
В продаже появились сварочные инверторы, которые позволяют совершить качественный скачок в электросварке. Достаточно вспомнить просто неподъемные сварочные трансформаторы и выпрямители, выпускавшиеся ранее. При прочих равных вес сварочного инвертора на порядок меньше, чем у любого другого сварочного аппарата, а это заметно повышает производительность сварки. Сварочные инверторы — это самые современные сварочные аппараты, которые в настоящее время почти полностью вытесняют на второй план классические сварочные трансформаторы, выпрямители и генераторы.

Принцип действия сварочного инвертора
Переменный ток от потребительской сети, частотой 50 Гц, поступает на выпрямитель. Выпрямленный ток сглаживается фильтром, затем полученный постоянный ток преобразуется инвертором с помощью специальных транзисторов с очень большой частотой коммутаций в переменный, но уже высокой частоты 20-50 кГц. Затем переменное напряжение высокой частоты понижается до 70-90 В, а сила тока соответственно повышается до необходимых для сварки 100-200 А. Высокая частота является основным техническим решением, которое позволяет добиться колоссальных преимуществ сварочного инвертора, если сравнивать с другими источниками питания сварочной дуги.

Устройство сварочного инвертора
 

В инверторном сварочном аппарате сила сварочного тока нужной величины достигается путем преобразования высокочастотных токов, а не путем преобразования ЭДС в катушке индукции как это происходит в трансформаторных аппаратах. Предварительные преобразования электрических токов позволяют использовать трансформатор с очень малыми габаритами. К примеру, чтобы получить в инверторе сварочный ток 160А достаточно трансформатора вес, которого 250 г, а на обычных сварочных аппаратах необходим медный трансформатор с весом 18 кг.

Преимущества и недостатки сварочных инверторов
Главным достоинством инвертора является минимальный вес. Кроме того возможность применять для сварки электроды как переменного, так и постоянного тока. Что важно при сварке цветных металлов и чугуна. Инверторный сварочный аппарат имеет широкий диапазон регулировки сварочного тока. Это дает возможность для применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом.
Помимо этого в каждом инверторе есть функции: «Hot start» (горячий старт) для поджига электрода подаются максимальная величина тока, «Anti-Sticking» при коротком замыкании сварочный ток снижается до минимума, что не позволяет электроду залипать при соприкосновении с деталью, «Arc Force» — для предотвращения залипания в момент отрыва капли металла ток возрастает до оптимального значения.

Из недостатков сварочных инверторов можно назвать высокую стоимость (в 2 – 3 раза больше, чем у трансформаторов). Как и любая электроника, инверторы боятся пыли, поэтому производители рекомендуют хотя бы раза два в год вскрывать аппарат и удалять пыль. Если он работает на стройке или производстве, то чаще, по мере загрязнения. И как любая электроника сварочные инверторы не любят мороза. Так при температуре ниже -15оС эксплуатация инвертора возможна не во всех случаях, в зависимости от того, какие детали использовал производитель. Поэтому в таких условиях, нужно смотреть на технические характеристики, заявленные заводом-изготовителем. И еще одно, длина каждого из сварочных кабелей при подключении сварочного аппарата не должна превышать 2,5 метра, но к этому нужно просто привыкнуть.
 

Передняя панель сварочного инвертора


Сварочные инверторы — качество и удобство сварочных работ
Дуговая сварка – ответственная работа. Для её проведения сварщик должен обладать достаточным практическим опытом и знанием теории. Сварочные инверторы упростили процесс и решили многие возникавшие вопросы.
Первая решённая проблема – это поджигание дуги. У прежних сварочных трансформаторов выходное напряжение пропорционально зависит от входного. Низкое напряжение, распространённое в наших сетях, не даёт возможности поджечь дугу, электрод начинает «залипать». При добавлении тока трансформатора, наоборот, металл «пережигается». Устройство сварочных инверторов таково, что напряжение на выходе не зависит от напряжения на входе, а установленный сварочный ток держится неизменным независимо от сетевого напряжения. Инверторы предотвращают «залипание» электродов и легко создают устойчивую дугу.

При работе с обычными аппаратами возможно «пережечь» или «недожечь» металл. Это обусловлено тем, что они плохо держат требуемую величину тока сварки. Ведь она меняется и зависит от напряжения сети. Когда металл «пережжён», сварочный шов ослабляется, в нём образуются отверстия и раковины. При «недожоге» также происходит ослабление шва. У сварочного инвертора ток устанавливается потенциометром согласно шкале сварочного тока и остаётся неизменным. Начинающему сварщику трудно научиться удерживать дугу.

После образования дуги электроду даётся наклон примерно в 15 градусов и его нужно перемещать относительно стыка деталей. Наклон может быть как в сторону движения электрода, так и в противоположную. Наряду с продольным движением его необходимо перемещать перпендикулярно шву. С этим связана длина дуги.
Основные виды электродов предусмотрены для работы короткой дугой. Поэтому нужно постоянно двигать электрод в перпендикулярном направлении таким образом, чтобы от электрода до свариваемых деталей был промежуток примерно в два его диаметра.

Сварочные инверторы способны строго поддерживать выбранный ток и к тому же он постоянный. Эти факторы позволяют не особо критично относиться к длине дуги, что облегчает работу сварщика, особенно начинающего, причём качество шва в данном случае с длиной дуги уже не связано.

Когда нет возможности расположить детали горизонтально, нужно помнить, что расплавленный металл подвергается земному притяжению так же, как и капля воды. При работе с потолочными и вертикальными швами нужно своевременно остановиться и выждать, когда расплавленная капля внутри шва слегка остынет, и сразу же «поджигать» рядом следующую дугу, двигаясь выше и выше вдоль шва. Такую сварку называют «прихватками». Применяя сварочный инвертор, овладеть «прихватками» не составляет труда даже новичку.

Опыт показывает, сварочный инверторы облегчают «поджиг», контролируют дугу, устраняют «залипание», не требуют специальных навыков для обращения с собой. Всё это делает инверторы выгодными для применения и в сфере профессионального строительства, и домашнего ремонта.
 

Сварочный аппарат инверторного типа


Как выбрать сварочный инвертор
В зависимости от того, где будет работать сварочный аппарат нужно покупать бытовой, или профессиональный инвертор. Разница между ними в продолжительности времени работы. Профессиональный сварочный инвертор рассчитан на 8-ми часовой рабочий день, бытовой же потребует после 20 – 30 минут работы, перерыва минут 30 – 60, поэтому бытовые дешевле. Есть еще промышленные инверторные сварочные аппараты, которые предназначены для работы продолжительное время в тяжелых условиях.

Для дома достаточно сварочного инвертора с максимальным сварочным током 160 А. Но это при напряжении в сети хотя бы 210 В. При низком сетевом напряжении лучше купить инвертор на 200 А.
Практически все мировые лидеры в области сварочного производства ориентированы преимущественно на разработку и производства инверторных сварочных источников питания. Из наиболее известных производителей можно отметить итальянские «Ресанта”, «Fubag”, «Энергия» и т.д.

Что делает солнечный инвертор? Узнайте о пяти основных обязанностях инвертора.

Центральный инвертор SMA.

Солнечные инверторы являются наиболее трудолюбивым компонентом солнечной батареи, как описала PV Evolution Labs (PVEL) в своей первой «Таблице показателей PV инвертора».

В отчете говорится, что инверторы несут исключительную ответственность за выполнение большего числа операционных функций, чем любой другой компонент фотоэлектрической системы. Эти обязанности продолжают расти по мере того, как системы становятся умнее и усиливают взаимодействие с энергосистемой.

Итак, что именно делает инвертор? В своем отчете PVEL обозначил пять основных должностных обязанностей для солнечных инверторов.

1. Преобразование постоянного тока в переменный

Основная функция инвертора — преобразовывать мощность постоянного тока (DC), создаваемую солнечными панелями, в мощность переменного тока (AC), которую можно использовать в домах и на предприятиях или подавать непосредственно в сеть в проектах на передней панели счетчика. (солнечные батареи промышленного масштаба).

2. Увеличьте выходную мощность

Инверторы

отвечают за постоянное отслеживание напряжения солнечной батареи для определения максимальной мощности, с которой могут работать модули, согласно PVEL.Если затенение происходит из-за факторов окружающей среды или если модули выходят из строя, инвертор может случайно определить неправильный пик в цепочке, тем самым уменьшая общее производство энергии системой.

3. Интерфейс с сеткой

Интеллектуальные инверторы, новый рубеж солнечных инверторов, перешли от односторонней связи к двусторонней связи с сетью, помогая с функциями поддержки сети. Благодаря передовому программному обеспечению интеллектуальные инверторы могут выполнять определенные функции поддержки сети, связанные с напряжением, частотой, связью и управлением.

Одной из наиболее важных возможностей интеллектуальных инверторов для помощи в электросети является способность преодолевать небольшие помехи (например, изменения напряжения). Интеллектуальные инверторы могут переключаться в режим ожидания в случае изменения напряжения и наблюдать, как долго происходит нарушение, а затем выключаться, только если нарушение длится слишком долго. Это гарантирует минимальные колебания напряжения в сети из-за полного отключения распределенных ресурсов и остановки выработки электроэнергии. Прочтите об интеллектуальных инверторах здесь.

4. Отчет о выработке электроэнергии

Инверторы

позволяют владельцам солнечных батарей отслеживать выходную мощность своих солнечных систем. Согласно PVEL, у большинства инверторов есть возможности связи через проводной Ethernet, Bluetooth или Wi-Fi. Такое коммуникационное соединение может подвергнуть инверторы риску кибератак, но ученые работают над решениями, чтобы уменьшить эту возможность. Подробнее о кибербезопасности инверторов здесь.

Владельцы солнечных батарей

могут просматривать коды ошибок, диагностику и информацию о производстве электроэнергии от инверторов на своих компьютерах или даже в специальных приложениях для смартфонов, подобных тому, что предлагает SolarEdge. Крупные владельцы солнечных панелей могут захотеть дополнительно инвестировать в расширенные услуги мониторинга, чтобы помочь диагностировать и исправить проблемы на массивах с несколькими инверторами через стороннего поставщика, такого как Solar-Log.

5. Обеспечить безопасную работу системы

Согласно PVEL, инверторы

должны отключаться в случае возникновения электрической дуги, которая может быть вызвана старением системы и ухудшением качества материала.Они запрограммированы на идентификацию этих дуг, но PVEL обнаружил, что не все инверторы делают это эффективно. Лучшими показателями в тестах PVEL на землю и дугового замыкания были инверторы Delta и Fronius.

Поскольку инверторы состоят из множества электронных компонентов и выполняют множество функций, согласно PVEL, вероятность их выхода из строя выше, чем у любого другого компонента фотоэлектрической системы. Струнные и центральные инверторы имеют разные плюсы и минусы, но струнные инверторы легче обслуживать, когда неизбежен отказ. Узнайте больше о том, как монтажники должны подготовиться к отказу инвертора здесь.

Инверторы

являются важной частью солнечной системы, и их функции постоянно развиваются, поскольку проекты в энергосистеме и солнечной энергии становятся умнее.

Различные типы инверторов и их применение

Переменный ток Источник питания (AC) используется почти для всех жилых, коммерческих и промышленных нужд. Но самая большая проблема с AC заключается в том, что его нельзя сохранить для будущего использования.Таким образом, переменный ток преобразуется в постоянный, а затем постоянный ток сохраняется в батареях и сверхконденсаторах. И теперь всякий раз, когда требуется переменный ток, постоянный ток снова преобразуется в переменный для работы устройств на базе переменного тока. Итак, устройство , которое преобразует постоянный ток в переменный, называется инвертором . Инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный переменный. Это изменение может заключаться в величине напряжения, количестве фаз, частоте или разности фаз.

Классификация инвертора

Инвертор

можно разделить на множество типов в зависимости от мощности, источника, типа нагрузки и т. Д.Ниже представлена ​​полная классификация схем инвертора:

(I) Согласно выходным характеристикам

  1. Преобразователь прямоугольных импульсов
  2. Инвертор синусоидальной волны
  3. Модифицированный инвертор синусоидальной волны

(II) Согласно источнику инвертора

  1. Инвертор источника тока
  2. Инвертор источника напряжения

(III) По типу нагрузки

  1. Однофазный инвертор
    1. Полумостовой инвертор
    2. Полномостовой инвертор
  2. Трехфазный инвертор
    1. Режим 180 градусов
    2. 120-градусный режим

(IV) Согласно другой методике ШИМ

  1. Простая широтно-импульсная модуляция (SPWM)
  2. Множественная широтно-импульсная модуляция (MPWM)
  3. Синусоидальная широтно-импульсная модуляция (SPWM)
  4. Модифицированная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (MSPWM)

(В) По количеству выходных уровней

  1. Обычный двухуровневый инвертор
  2. Многоуровневый инвертор

Теперь обсудим их все по порядку.Вы можете проверить образец схемы инвертора переменного тока от 12 В до 220 В здесь.

(I) Согласно выходным характеристикам

В соответствии с выходной характеристикой инвертора может быть три различных типов инверторов .

  • Преобразователь прямоугольных импульсов
  • Инвертор синусоидальной волны
  • Модифицированный инвертор синусоидальной волны

1) Преобразователь прямоугольной формы

Выходной сигнал напряжения для этого инвертора представляет собой прямоугольную волну.Этот тип инвертора наименее используется среди всех других типов инверторов, потому что все устройства предназначены для питания синусоидальной волны. Если мы подадим прямоугольную волну на устройство на основе синусоидальной волны, оно может быть повреждено или потери будут очень высокими. Стоимость этого инвертора очень низкая, но он применяется очень редко. Его можно использовать в простых инструментах с универсальным двигателем.

2) Синусоида

Выходной сигнал напряжения представляет собой синусоидальную волну и дает нам выходной сигнал, очень похожий на выходной сигнал электросети.Это главное преимущество этого инвертора, потому что все устройства, которые мы используем, рассчитаны на синусоидальную волну. Так что это идеальный результат, который гарантирует исправную работу оборудования. Этот тип инверторов более дорогой, но широко используется в жилых и коммерческих помещениях.

3) Модифицированная синусоида

Конструкция этого типа инвертора сложнее, чем простой прямоугольный инвертор, но проще по сравнению с синусоидальным инвертором.Выход этого инвертора не является ни чистой синусоидой, ни прямоугольной волной. Выход такого инвертора представляет собой часть двух прямоугольных волн. Форма выходного сигнала не совсем синусоидальная, но напоминает форму синусоидальной волны.

(II) По источнику инвертора

  • Инвертор источника напряжения
  • Инвертор источника тока

1) Инвертор источника тока

В CSI вход является источником тока.Этот тип инверторов используется в промышленных приложениях среднего напряжения, где требуется получение высококачественных сигналов тока. Но CSI не популярны.

2) Инвертор источника напряжения

В VSI вход является источником напряжения. Этот тип инвертора используется во всех приложениях, поскольку он более эффективен, имеет более высокую надежность и более быстрый динамический отклик. VSI может работать с двигателями без снижения номинальных характеристик.

(III) По типу нагрузки

  • Однофазный инвертор
  • Трехфазный инвертор

1) однофазный инвертор

Как правило, бытовая и коммерческая нагрузка использует однофазное питание.Однофазный инвертор используется для этого типа приложений. Однофазный инвертор делится на две части;

  • Однофазный полумостовой инвертор
  • Однофазный мостовой инвертор

A) Однофазный полумостовой инвертор

Этот тип инвертора состоит из двух тиристоров и двух диодов, подключение показано на рисунке ниже.

В этом случае полное постоянное напряжение равно Vs и разделено на две равные части Vs / 2.Время одного цикла T сек.

На полупериод 0

Для второго полупериода T / 2

  Vo = Vs / 2  

С помощью этой операции мы можем получить форму волны переменного напряжения с частотой 1 / T Гц и пиковой амплитудой Vs / 2.Форма выходного сигнала — прямоугольная волна. Он будет пропущен через фильтр и удалит нежелательные гармоники, которые дадут нам чистый синусоидальный сигнал. Частоту сигнала можно регулировать с помощью времени включения (Ton) и времени выключения (Toff) тиристора.

Величина выходного напряжения составляет половину напряжения питания , а период использования источника составляет 50%. Это недостаток полумостового инвертора , и решение этой проблемы — полумостовой инвертор .

B) Однофазный мостовой инвертор

В инверторах этого типа используются четыре тиристора и четыре диода.Принципиальная схема однофазного полного моста показана на рисунке ниже.

За один раз два тиристора T1 и T2 проводят первый полупериод 0

Для второго полупериода T / 2

Здесь мы можем получить выходное напряжение переменного тока, такое же, как напряжение питания постоянного тока, а коэффициент использования источника равен 100%.Форма волны выходного напряжения имеет прямоугольную форму, и фильтры используются для ее преобразования в синусоидальную волну.

Если все тиристоры проводят одновременно или в паре (Т1 и Т3) или (Т2 и Т4), то происходит короткое замыкание источника. Диоды включены в схему как диод обратной связи, потому что он используется для обратной связи по энергии к источнику постоянного тока.

Если мы сравним полномостовой инвертор с полумостовым инвертором, для данной нагрузки напряжения питания постоянного тока выходное напряжение в два раза больше, а выходная мощность в четыре раза больше в полномостовом инверторе.

2) Трехфазный мостовой инвертор

В случае промышленной нагрузки используется трехфазный источник питания переменного тока, а для этого мы должны использовать трехфазный инвертор. В инверторах этого типа используются шесть тиристоров и шесть диодов, которые подключены, как показано на рисунке ниже.

Он может работать в двух режимах в зависимости от степени стробирующих импульсов.

  • Режим 180 градусов
  • 120-градусный режим

A) Режим 180 градусов

В этом режиме работы время проводимости тиристора составляет 180 градусов.В любой момент времени три тиристора (по одному тиристору от каждой фазы) находятся в режиме проводимости. Форма фазного напряжения — это три ступенчатых сигнала, а форма линейного напряжения — квазиквадратная волна, как показано на рисунке.

  Vab = Va0 - Vb0 
  Vbc = Vb0 - Vc0 
   Vca  = Vc0 - Va0  

Фаза A

Т1

Т4

Т1

Т4

Фаза B

T6

T3

T6

T3

T6

Фаза C

T5

Т2

T5

Т2

T5

Степень

60

120

180

240

300

360

60

120

180

240

300

360

Тиристор проводит

1 5 6

6 1 2

1 2 3

2 3 4

3 4 5

4 5 6

1 5 6

6 1 2

1 2 3

2 3 4

3 4 5

4 5 6

В этой операции временной промежуток между коммутацией выходного тиристора и проводимостью входящего тиристора равен нулю.Таким образом, возможно одновременное включение входящего и выходящего тиристора. Это приводит к короткому замыканию источника. Чтобы избежать этой трудности, используется 120-градусный режим работы.

B) Режим 120 градусов

В этой операции одновременно работают только два тиристора. Одна из фаз тиристора не подключена к положительной клемме и не подключена к отрицательной клемме. Время проводимости для каждого тиристора составляет 120 градусов. Форма линейного напряжения представляет собой трехступенчатую форму волны, а форма фазного напряжения — квазиквадратную форму волны.

Фаза A

Т1

Т4

Т1

Т4

Фаза B

T6

T3

T6

T3

T6

Фаза C

Т2

T5

Т2

T5

градус

60

120

180

240

300

360

60

120

180

240

300

360

Тиристор проводит

1 6

2 1

3 2

3 4

4 5

6 5

1 6

2 1

3 2

3 4

4 5

5 6

Форма сигнала линейного напряжения, фазного напряжения и импульса затвора тиристора показана на рисунке выше.

В любых силовых электронных выключателях есть два типа потерь; потери проводимости и потери переключения . Потеря проводимости означает потерю включенного состояния в переключателе, а потеря коммутации означает потерю выключенного состояния в переключателе. Обычно потери проводимости больше, чем потери переключения в большинстве операций.

Если рассматривать 180-градусный режим для одной 60-градусной операции, три переключателя разомкнуты, а три переключателя замкнуты. Означает, что общие потери равны трехкратным потерям проводимости плюс трехкратным потерям при переключении.

  Полная потеря на 180 градусов = 3 (потеря проводимости) + 3 (потеря переключения)  

Если мы рассмотрим 120-градусный режим для одной 60-градусной операции, два переключателя разомкнуты, а остальные четыре переключателя замкнуты. Означает, что общие потери равны двукратным потерям проводимости плюс четырехкратным потерям при переключении.

  Суммарные потери в 120 градусах = 2 (потери проводимости) + 4 (потери переключения)  

(IV) Классификация по методике контроля

  • Широтно-импульсная модуляция (одиночная ШИМ)
  • Множественная широтно-импульсная модуляция (MPWM)
  • Синусоидальная широтно-импульсная модуляция (SPWM)
  • Модифицированная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (MSPWM)

Выходной сигнал инвертора представляет собой прямоугольный сигнал, и этот сигнал не используется для нагрузки.Метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) используется для управления выходным напряжением переменного тока. Это управление достигается путем управления периодом включения и выключения переключателей. В методе ШИМ используются два сигнала; один — опорный сигнал, второй — треугольный сигнал несущей. Стробирующий импульс для переключателей генерируется путем сравнения этих двух сигналов. Существуют разные типы методов ШИМ.

1) Модуляция одиночной ширины импульса (одиночная ШИМ)

Для каждого полупериода в этой методике управления доступен единственный импульс.Опорный сигнал представляет собой сигнал прямоугольной формы, а сигнал несущей — сигнал треугольной формы. Отпирающий импульс для переключателей генерируется путем сравнения опорного сигнала и сигнала несущей. Частота выходного напряжения управляется по частоте опорного сигнала. Амплитуда опорного сигнала Аг и амплитуда сигнала несущей Ас, то индекс модуляции может быть определен как Ar / Ac. Главный недостаток этой техники — высокое содержание гармоник.

2) Множественная широтно-импульсная модуляция (MPWM)

Недостаток метода широтно-импульсной модуляции решается за счет использования множественной ШИМ.В этом методе вместо одного импульса в каждом полупериоде выходного напряжения используется несколько импульсов. Ворот генерируется путем сравнения опорного сигнала и сигнала несущей. Выходная частота регулируется путем управления частотой несущего сигнала. Индекс модуляции используется для управления выходным напряжением.

Количество импульсов за полупериод = fc / (2 * f0)

Где fc = частота несущего сигнала

f0 = частота выходного сигнала

3) Синусоидальная широтно-импульсная модуляция (SPWM)

Этот метод управления широко используется в промышленных приложениях.В обоих вышеупомянутых методах опорный сигнал представляет собой прямоугольный сигнал. Но в этом методе опорным сигналом является синусоидальный сигнал. Отпирающий импульс для переключателей генерируются путем сравнения опорного синусоидального сигнала волны с треугольной несущей волной. Ширина каждого импульса зависит от амплитуды синусоидальной волны. Частота выходного сигнала такой же, как частота опорного сигнала. Выходное напряжение представляет собой синусоидальную волну, а среднеквадратичное напряжение можно контролировать с помощью индекса модуляции.Формы сигналов показаны на рисунке ниже.

4) Модифицированная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (MSPWM)

Из-за характеристики синусоидальной волны ширину импульса волны нельзя изменить с изменением индекса модуляции в методе SPWM. По этой причине введена техника MSPWN. В этом методе несущий сигнал применяется в течение первого и последнего 60-градусного интервала каждого полупериода. Таким образом улучшаются его гармонические характеристики.Основное преимущество этого метода — увеличенная основная составляющая, уменьшенное количество переключаемых силовых устройств и уменьшенные потери переключения. Форма волны показана на рисунке ниже.

(В) По количеству уровней на выходе

  • Обычный двухуровневый инвертор
  • Многоуровневый инвертор

1) Обычный двухуровневый инвертор

Эти инверторы имеют на выходе только уровни напряжения: положительное пиковое напряжение и отрицательное пиковое напряжение.Иногда наличие нулевого уровня напряжения также называют двухуровневым инвертором.

2) Многоуровневые преобразователи

Эти инверторы могут иметь несколько уровней напряжения на выходе. Многоуровневый инвертор разделен на четыре части.

— Летающий конденсатор инвертора

— Инвертор с диодным зажимом

— Гибридный инвертор

— Инвертор каскадного типа H

Каждый инвертор имеет свою собственную конструкцию для работы, здесь мы кратко объяснили эти инверторы, чтобы получить общее представление о них.

Что делает инвертор?

Что делает инвертор?

Мы все слышали об инверторах и знаем, что они жизненно важны, если ваша солнечная энергия будет использоваться в бытовых приборах. Однако не многие люди за пределами отрасли на самом деле знают, что делает инвертор и почему.

Вернуться к основам

Итак, солнце освещает ваши фотоэлектрические (или солнечные) элементы и создает электричество. Он делает это, светя на полупроводниковые слои ячеек, которые сделаны из кристаллического кремния или арсенида галлия.

Полупроводниковые слои объединяют как положительные, так и отрицательные слои, и эти слои соединяются переходами. Когда солнечный свет попадает на панели, полупроводники поглощают свет, передавая энергию ячейке. Эта энергия сбивает электроны с их атомных орбит и перемещается из одного слоя в другой, создавая ток. Это постоянный ток (DC), который поступает либо в батарею для хранения, либо через инвертор для немедленного использования.

Вам нужен переменный ток

Для работы вашей бытовой техники требуется переменный ток или переменный ток, поэтому, если ваша солнечная электроэнергия поступает как постоянный ток, ее необходимо заменить.Ваш инвертор, по сути, пропускает постоянный ток через трансформатор и обманывает его, заставляя его поверить (так сказать), что он получает переменный ток, заставляя электричество вести себя так, как будто оно переменное. Это достигается путем подачи двух партий постоянного тока через два транзистора, которые быстро включаются и выключаются поочередно. Это заставляет текущий «вид» выглядеть как волна.

Синусоидальная волна, на самом деле

Электричество, исходящее от ваших фотоэлектрических панелей, больше похоже на прямую линию, тогда как переменный ток выглядит как волна, если его нанести на график X-Y.Эти волны поднимаются от 0 до положительной точки, затем снова падают, снова и снова через 0 до отрицательной точки. Одно движение через эти энергетические уровни известно как цикл или герц, а синусоидальные волны переменного тока составляют 60 Гц в секунду.

Переменный ток от поставщика электросети представляет собой истинную синусоидальную волну, потому что он движется вверх и вниз по своим циклам волнообразно, по дуге. Некоторые инверторы производят чистые синусоидальные волны, и это, как правило, более дорогие модели, но они лучше подходят для домашнего хозяйства, надеющегося использовать большую часть своих приборов на солнечной энергии.

Более дешевые инверторы не могут генерировать настоящие синусоидальные волны, вместо этого генерируя модифицированные или ступенчатые волны. Эти инверторы часто не могут эффективно управлять такими востребованными бытовыми приборами, как стиральные машины, поэтому всегда лучше, если возможно, сделать эти дополнительные начальные затраты на инвертор.

Инверторные генераторы

против обычных генераторов — в чем разница?

Многие типы генераторов обозначены как портативные генераторы, но на самом деле существует множество различий в технических характеристиках, конструкции и использовании между типами генераторов.В частности, инверторный генератор сильно отличается от того, что многие считают обычным портативным генератором.

Несмотря на ключевые различия, инверторные генераторы часто встречаются в списках «лучших портативных генераторов» и «лучших портативных генераторов». Это связано с тем, что большинство инверторных генераторов легче переносить, чем переносные генераторы большой мощности.

У обоих типов генераторов есть свои плюсы и минусы. Какие преимущества перевешивают недостатки, зависит от того, для чего будет использоваться генератор.

Прочтите, чтобы узнать разницу между инверторным генератором и обычным портативным генератором. Это поможет вам решить, какой тип генератора лучше всего подходит для ваших нужд.

Что считается обычным портативным генератором?

Говоря о портативном генераторе, люди обычно имеют в виду мобильные генераторы, работающие на ископаемом топливе. Это наиболее часто покупаемые генераторы.

Обычный переносной генератор в основном представляет собой двигатель на топливе с генератором переменного тока, который имеет электрическую мощность.Три наиболее распространенных типа топлива, используемых для портативных генераторов, — это бензин, дизельное топливо и пропан.

Некоторые переносные генераторы являются гибридами. Это означает, что двигатель может работать на более чем одном типе топлива — обычно на смеси бензина и пропана.

Частота вращения двигателя и соответствующая электрическая мощность являются ключевыми характеристиками обычного портативного генератора. Обычный портативный генератор, работающий на топливе, предназначен для работы со скоростью 3600 об / мин для выработки напряжения 120 В и частоты 60 Гц.

Однако одним из основных недостатков большинства портативных генераторов, работающих на топливе, является то, что машина не может поддерживать постоянную скорость 3600 об / мин. Это означает, что напряжение и герцы тоже колеблются.

Колебания называются гармоническими искажениями. Постоянные изменения выходной мощности или высокие гармонические искажения — вот почему портативные генераторы, работающие на топливе, не вырабатывают так называемого «чистого электричества».

Чистая энергия предпочтительна для чувствительных электрических устройств, таких как ноутбуки, цифровые зеркальные камеры, мобильные телефоны и т. Д.Неспособность удерживать стабильную скорость 3600 об / мин также является причиной того, почему портативные генераторы, работающие на топливе, так шумят.

В портативных генераторах, работающих на топливе, существует взаимосвязь между топливным баком, мощностью и временем работы. В большинстве случаев, чем больше топливный бак, тем больше мощность и больше время работы.

Поскольку некоторые портативные генераторы могут производить мощность до 10 000 ватт, вы можете себе представить, что это довольно большие и тяжелые генераторы. Несмотря на свой размер и вес, большинство моделей по-прежнему портативны — у большинства обычных портативных моделей генераторов есть колеса и ручка.

Ознакомьтесь с лучшими портативными генераторами на рынке

Как работает инверторный генератор?

Механика инверторных генераторов немного сложнее, чем у обычных портативных генераторов. Есть больше частей, участвующих в доставке конечной электрической мощности.

Многие инверторные генераторы также работают на ископаемом топливе. В дополнение к потреблению энергии из топливного бака, инверторные генераторы также имеют аккумулятор, генератор переменного тока и инвертор.

Мощность от двигателя — это высокочастотный переменный ток, который затем преобразуется генератором переменного тока в постоянный ток. Этот постоянный ток затем преобразуется инвертором обратно в переменный ток.

Как и обычные портативные генераторы, инверторные генераторы также имеют выходное напряжение 120 В при 60 Гц. Однако из-за дополнительных этапов производства электроэнергии ток инверторного генератора намного стабильнее.

Другими словами, меньше гармонических искажений, поэтому говорят, что инверторные генераторы производят «чистую электроэнергию».Качество электроэнергии, производимой инверторными генераторами, сопоставимо с качеством электроэнергии, которую вы получаете от поставщика электросети.

Чистое электричество возможно благодаря двум факторам. Первый фактор заключается в том, что начальный переменный ток в инверторном генераторе имеет высокую частоту, что дает больше электроэнергии.

Второй фактор — это обратное преобразование постоянного тока в переменный. Механика инверторного генератора имеет больший контроль над частотой переменного тока, что позволяет ему обеспечивать очень стабильную синусоидальную волну.

Более точный контроль над электрической мощностью делает инверторные генераторы достаточно энергоэффективными. Он может регулировать свое напряжение в соответствии с тем, что точно необходимо подключенной нагрузке, при этом поддерживая частоту вращения 3600 об / мин.

Стабильный ток также является одной из основных причин того, что инверторные генераторы работают довольно тихо по сравнению с обычными портативными генераторами.

Ознакомьтесь с лучшими инверторными генераторами на рынке

В чем основные различия между инверторным генератором и обычным портативным генератором?

Ниже приводится обзор основных различий между обычными портативными генераторами и инверторными генераторами.Обратите внимание, что есть механические различия и вторичные различия, которые являются результатом механических различий.

Другими словами, разница в том, как работают обычные портативные генераторы, работающие на топливе, и как работает инверторный генератор, дает разные возможности в конструкции и использовании. Прокрутите вниз, чтобы узнать, как эти различия создают преимущества и недостатки для конкретных задач.

Разница №1: Текущий

Основное техническое различие между инверторными генераторами и обычными генераторами заключается в том, какой вид электроэнергии производится.Обычные генераторы вырабатывают электроэнергию только переменного тока, в то время как инверторный генератор вырабатывает электроэнергию в трех фазах (высокочастотный переменный ток в постоянный и стабильный переменный ток).

Стабильная синусоида — вот что делает инверторные генераторы такими уникальными: они считаются «чистым источником электроэнергии». Это означает, что гармонические искажения минимальны, и поэтому он является более безопасным источником энергии для чувствительной электроники, такой как мобильный телефон, планшет или ноутбук.

Для сравнения, обычный портативный генератор имеет гораздо более беспорядочную синусоидальную волну, которая вызывает больше гармонических искажений.Хотя все еще является подходящим источником питания для многих электроприборов, более чувствительные персональные устройства с микропроцессорами могут быть повреждены, кроме этого типа тока.

Отличие № 2: мощность и топливная эффективность

Обычные портативные генераторы могут производить больше энергии, чем инверторные генераторы. Это связано с рядом факторов, включая размер топливного бака и механическую разницу в выработке электроэнергии.

Инверторные генераторы

более энергоэффективны благодаря тому, как вырабатывается конечный переменный ток.Двигатель инверторного генератора автоматически подстраивается под нагрузку, чего не может выдержать обычный портативный генератор.

Более высокая топливная эффективность инверторных генераторов позволяет использовать топливные баки меньшего размера. Повышенная энергоэффективность означает, что при одинаковом времени работы требуется меньше топлива, а значит, топливный бак может быть меньше.

Обычные генераторы не так экономичны, поэтому они имеют тенденцию быть более громоздкими из-за большего топливного бака. Однако этот больший топливный бак обеспечивает большую выходную мощность.

Разница в мощности часто является решающим фактором между инверторным генератором и обычным генератором. Если средняя мощность инверторных генераторов составляет от 1200 Вт до 4000 Вт, то обычные портативные генераторы могут достигать более 10 000 Вт.

Отличие № 3: Переносимость Инверторные генераторы

обычно более портативны, чем обычные генераторы, работающие на топливе. Это опять же связано с количеством производимой ими энергии.

Обычные генераторы, работающие на топливе, которые производят большую мощность, имеют большой топливный бак и двигатель большего размера, поэтому для размещения машины требуется больше материала.Вот почему обычные портативные генераторы больше и тяжелее инверторных генераторов.

Чтобы по-прежнему быть портативными, обычные генераторы большего размера, как правило, имеют колеса и ручки для тяги. Тем не менее, это может быть довольно сложной задачей, поскольку многие портативные генераторы все еще весят более 100 фунтов.

Инверторные генераторы

меньше по размеру, потому что их топливный бак меньше, и им не нужен такой большой двигатель, так как выходная мощность ниже. Это значительно снижает вес, так как инверторные генераторы часто достаточно легкие, чтобы их можно было переносить за ручку.

Большинство инверторных генераторов весят менее 100 фунтов. Обычно инверторный генератор весит всего около 40-60 фунтов.

Разница № 4: шум

Обычные портативные генераторы печально известны своим шумом. Это связано с его механикой, поэтому даже при минимальных усилиях по снижению шума обычные генераторы, работающие на топливе, остаются шумными.

Для сравнения: технология, используемая в инверторных генераторах, позволяет им работать тише. Инверторные генераторы работают со стабильной скоростью 3600 об / мин, что устраняет основную часть шума.

Уровень шума генератора обычно указывается в описании продукта. Большинство производителей укажут количество децибел, производимое генератором при половинной или четвертой нагрузке.

Многие инверторные генераторы производят шум порядка 54-58 децибел. Это намного тише, чем у большинства обычных генераторов, которые, как правило, производят 64 децибела или более.

Отличие № 5: Параллельное соединение

Производители пытаются компенсировать более низкую выходную мощность инверторных генераторов, устанавливая параллельное соединение.При параллельном подключении два отдельных инверторных генератора (одной модели) могут быть подключены для выдачи удвоенной мощности.

В настоящее время обычные портативные генераторы не поддерживают параллельное подключение. Учитывая, что они уже более мощные и менее портативные, это неудивительно.

Разница № 6: Выбросы

В каждом штате есть свои правила относительно допустимых выбросов парниковых газов генераторами. Эти правила могут быть более строгими, если переносной генератор будет использоваться в национальных парках или заповедниках.

В большинстве случаев портативный генератор должен соответствовать как минимум EPA. В штате Калифорния генератор также должен соответствовать требованиям CARB.

Инверторные генераторы уже производят меньше выбросов парниковых газов, чем обычные генераторы, работающие на электрическом топливе. Легче найти инверторный генератор, отвечающий экологическим требованиям, чем обычный портативный генератор, который им соответствует.

Разница № 7: Цена

В общем, обычные портативные генераторы дешевле покупать, чем инверторные генераторы.Обычные портативные генераторы — самый доступный вариант, особенно когда требуется много энергии.

Причина, по которой инверторные генераторы более дорогие, заключается в том, что они работают по новейшим технологиям и имеют много дополнительных преимуществ, таких как более тихий, более высокий топливный КПД и выработка электрического тока с минимальными гармоническими искажениями. Обычные портативные генераторы — это довольно простые машины, которые доступны дольше, что является основной причиной того, что производители могут предложить более низкую цену.

Когда выбирать инвертор-генератор

Преимущества инверторных генераторов перед обычными портативными генераторами заключаются в том, что они более тихие, более компактные и легкие, более экономичные, безопасны для чувствительных электрических устройств и, как правило, более экологичны. Недостатком инверторного генератора является то, что он обычно дороже, чем сопоставимый обычный генератор, и не имеет такой большой мощности.

Учитывая эти преимущества и недостатки, инверторный генератор больше подходит для периодического использования, особенно для активного отдыха, например, для кемпинга.Инверторный генератор — хороший выбор, когда вам не нужно много энергии, но вам нужно удобное чистое электричество, которое легко носить с собой.

Когда выбирать обычный портативный генератор, работающий на топливе

Основное преимущество обычного портативного генератора перед инверторным генератором состоит в том, что он производит гораздо большую мощность. Недостатки портативного генератора в том, что он крупнее, тяжелее, производит намного больше шума и производит больше выбросов парниковых газов.

Обычный переносной генератор лучше всего использовать в качестве резервного генератора для дома в районах, где есть частые отключения электроэнергии или существует риск стихийных бедствий, таких как метели, которые могут привести к отключению электросети.Модели с грубыми колесами и прочной конструкцией также больше подходят для работы на стройплощадках.

Что лучше, инверторный генератор или обычный портативный генератор?

Что лучше — инверторный генератор или обычный портативный генератор, зависит от того, для чего он будет использоваться. Инверторный генератор может быть лучшим вариантом для частых туристов или в качестве резервного источника электроэнергии во время дорожных поездок, в то время как обычный портативный генератор лучше работает для питания дома или на рабочем месте.

Подумайте, где вам нужно электричество и сколько энергии вам действительно нужно. Это лучший способ выбрать один из вариантов.

Как выбрать инвертор для электрической системы автофургона своими руками — EXPLORIST.life

Инвертор преобразует мощность 12 В ваших батарей в мощность 110 В, необходимую для работы электрических устройств, которые обычно подключаются к стандартной домашней розетке.

Небольшая заметка, прежде чем мы начнем.Это лишь одна из частей всеобъемлющей серии «Как установить электрическую систему для автофургона своими руками». Если вы только что наткнулись на эту статью, не заметив ее, вероятно, некоторые вещи мы уже рассмотрели. Если вы хотите ознакомиться с этим пошаговым руководством, вы можете сделать это здесь: https://www.explorist.life/diy-campervan-solar

Кроме того, у нас есть интерактивные схемы подключения солнечных батарей, которые представляют собой законченное решение от А до Я, чтобы научить вас, какие именно детали и куда идут, какого размера провода использовать, рекомендации по размеру предохранителей, размеры наконечников проводов и многое другое, чтобы помочь сэкономить время и разочарование.Вы можете проверить это здесь: https://www.explorist.life/solarwiringdiagrams/

.

Какой размер инвертора лучше всего подходит для моего кемпинга DIY?

Это вопрос с ОЧЕНЬ прямолинейным ответом. Ваш инвертор должен быть немного больше, чем самое энергоемкое электрическое устройство, которое вы планируете использовать.

Например. Хотите привести в действие что-то, что потребляет 1800 Вт? Округлите и получите инвертор на 2000 ватт.

Если вы выполнили аудит мощности, вы помните, что калькулятор на самом деле порекомендует вам размер инвертора на основе ваших входных данных.

Если вы еще этого не сделали, вам действительно стоит подумать об этом здесь: https://www.explorist.life/what-size-of-solar-system-is-needed-to-power-a-camper /

Для нормальной работы бытовой розетки для питания таких предметов, как бытовые кофеварки, кофейники, тостеры, фены и другие энергоемкие, но обычные бытовые устройства; Я рекомендую инвертор на 2000 ватт.

Инвертор мощностью 2000 Вт будет обрабатывать постоянную мощность переменного тока 15 А, что делает его очень похожим на обычную схему на 15 А в вашем доме.

Какой лучший тип инвертора?

Вы будете искать инвертор с чистой синусоидой. Этот инвертор лучше всего имитирует мощность, которая ДЕЙСТВИТЕЛЬНО проходит через стандартную вилку, которую вы можете найти в любой сетевой стене. Прямоугольная волна и модифицированная синусоида не рекомендуются, потому что мощность, которую они «производят», не является «чистой» мощностью и может повредить определенную электронику, и я не могу рекомендовать их, потому что мне не нравится рекомендовать продукты, у которых есть неотъемлемый риск повреждения другого оборудования.Если вы хотите сэкономить деньги и использовать модифицированный синусоидальный инвертор, но, пожалуйста, проявите должную осмотрительность и убедитесь, что электрические устройства, которые вы хотите запитать, совместимы с этим модифицированным синусоидальным инвертором, если вы выбрали именно это направление.

Дешевые и дорогие инверторы

Дешевый и дорогой — довольно относительные термины, но давайте поговорим об этих двух инверторах:

Это оба высококачественных инвертора с синусоидальной волной, которые я рекомендую на наших схемах подключения, но инвертор Victron немного дороже, чем инвертор Aims.На момент создания этого видео у нас лично есть инвертор Aims в нашем фургоне. В прошлом году мы установили устройство Victron в автофургоне моей мамы, так что у нас есть небольшой опыт работы с ними обоими.

# 1, самая большая разница между ними — в эффективности. Например:

В нашем инверторе Aims, когда он просто включен и на самом деле ничего не питает, он потребляет около 5 ампер мощности. Просто быть включенным… Это означает, что каждый раз, когда мы его не используем, мы должны очень внимательно его выключать.

Если бы у нас было что-то, нам нужно было бы работать на 110В, скажем, за ночь; в течение этих 10 часов инвертор Aims будет использовать 50 ампер-часов из вашей аккумуляторной батареи ПЛЮС любое электрическое устройство, которое вы фактически используете. Итак, если у вас есть аккумуляторная батарея на 200 ампер-часов, инвертору потребуется 25% всей вашей аккумуляторной батареи на ночь.

Инвертор Victron, с другой стороны, использует менее 1 А, чтобы просто быть включенным. Это означает, что его можно оставлять постоянно включенным с минимальным негативным влиянием на емкость аккумулятора.

Кроме того, инвертор Victron может быть подключен к центральному концентратору мониторинга. Это даст вам информацию о вашей системе с вашего телефона или даже удаленно через Интернет. Это также позволяет удаленный доступ для устранения неполадок. Если у вас возникли проблемы с инвертором Victron, технический представитель может удаленно войти в ваш инвертор и изменить настройки или помочь в устранении неполадок устройства по мере необходимости.

Кроме того, Victron постоянно совершенствует программное обеспечение своих продуктов, и этот удаленный доступ позволяет обновлять прошивки.

Подведем итоги: оба инвертора, о которых я говорил, действительно хорошие инверторы, но более высокая цена, которую вы заплатите за один за другой, связана с производительностью, большим количеством функций и потенциально лучшим обслуживанием клиентов.

Инверторные зарядные устройства

Если вы планируете сделать розетку для берегового питания (что вам и следовало бы), чтобы вы могли заряжаться от подставки для кемпинга или просто от розетки дома, вам следует подумать об инверторном зарядном устройстве.

Инверторное зарядное устройство не только преобразует вашу 12-вольтовую аккумуляторную батарею в 110-вольтовую, но также будет заряжать ваши 12-вольтовые батареи от обычной розетки И будет запускать любые электрические устройства от этой обычной розетки на 110 В после зарядки аккумуляторов.Это хорошо для энергоемких устройств, таких как электрические обогреватели или кондиционеры.

Теперь, когда вы узнали все о функции инвертора вашего инвертора / зарядного устройства, давайте немного углубимся в функцию «зарядного устройства» и узнаем, как добавить береговую мощность в самодельный автофургон. Проверьте это здесь: https://www.explorist.life/how-to-add-shore-power-to-a-diy-camper/

Все, что вы здесь изучаете, можно использовать в наших БЕСПЛАТНЫХ интерактивных схемах подключения солнечных батарей.Если вы еще этого не сделали, ознакомьтесь с ними, поскольку они представляют собой полное решение для электрической системы автофургона. Посмотрите их здесь: https://www.explorist.life/solarwiringdiagrams/

.

Помните, что это лишь часть полной обучающей серии по электрике автофургонов. Чтобы увидеть все отдельные руководства, щелкните здесь: https://www.explorist.life/diy-campervan-solar

Наконец, если вы нашли это руководство полезным, оно действительно означало бы для нас весь мир, если бы вы поделились им с кем-то, кто может его использовать, прикрепили его к pinterest для дальнейшего использования или поделились им с группой facebook, когда у кого-то есть вопрос по этой теме.Нажмите на пузырек в правом нижнем углу, чтобы подписаться на уведомления о будущих обновлениях и, как всегда, оставляйте любые вопросы в комментариях ниже.

Преобразователь фазы

— Что он делает и как работает — 300Guitars.com

Из всех цепей лампового усилителя фазоинвертор, также известный как фазоделитель, является наиболее трудным для понимания даже некоторым опытным специалистам. Его функция относительно проста: взять входной сигнал и создать два выхода, один из которых идентичен (например,грамм. синфазно) к оригиналу, а другой является зеркальным отражением (фаза инвертирована или перевернута фаза). Каждый сигнал подается на силовую трубку (или группу силовых трубок), которая подключена к каждой стороне первичной обмотки выходного трансформатора в типичной двухтактной конфигурации. Несимметричные усилители мощности, подобные тем, которые содержатся в Fender Champ, которые имеют только одну лампу мощности, не требуют этого дополнительного шага и нуждаются только в драйвере перед лампой мощности, чтобы повысить сигнал предусилителя до уровня, пригодного для использования одиночной мощностью трубка.

Итак, почему используется метод усиления мощности Push-Pull, если он по своей сути более сложен и дорог? Некоторые причины. Во-первых, это позволяет нам использовать более эффективные усилители класса AB. В то время как несимметричные усилители звука ВСЕГДА работают в режиме класса A, при котором лампа постоянно работает на максимальной мощности (тем самым сокращая срок ее службы), в классе AB каждая лампа работает лишь немного выше самой низкой рабочей точки (называемой «холостой ход»), и каждая один вызывается по мере необходимости для подачи энергии, когда это необходимо.Нет сигнала, нет энергопотребления, поэтому лампы остаются относительно холодными до тех пор, пока не будут нажаты.

Вторая причина использования Push-Pull заключается в том, что нежелательные звуковые артефакты, такие как гул и нечетные гармонические искажения (это неприятный, скрипучий вид), естественным образом подавляются в выходном трансформаторе. Гармонические искажения четного порядка (которые звучат круто) остаются относительно нетронутыми.

Вернуться к фазоинвертору. Есть два дизайна, которые доминируют в гитарных усилителях. Один из них — «катодин», также известный как «разделенная нагрузка» (рис.1), а другой — «длиннохвостая пара», полученная из схемы, называемой инвертором Шмитта (рис. 2).

Раздельная нагрузка — простейшее устройство. Он разделяет сигнал в силу того, что сигнал, появляющийся на катоде лампы, синфазен (эта цепь сама по себе называется «катодным повторителем»), в то время как сигнал на пластине не синфазен ( это типичный усилитель с общим катодом). Это работает так, что входной сигнал в лампу в сетке вызывает изменение тока, протекающего от катода к пластине, вызывая колебания напряжения на пластине, не совпадающие по фазе с входным сигналом.Также важно знать, что изменение тока ТАКЖЕ проявляется на катоде в виде сигнала, который является синфазным с входным сигналом. Пока резисторы на пластине и катоде имеют одинаковое значение, амплитуда двух выходов будет одинаковой, за исключением перевернутой фазы. Это очень важная концепция, которую нужно понять позже. Основным недостатком этой схемы является отсутствие усиления сигнала по напряжению. Вы получаете то, что вкладываете, за исключением того, что одна сторона перевернута. Поэтому перед ним используется дополнительный ламповый каскад, называемый «Драйвер».Драйвер обеспечивает усиление, катодинный инвертор обеспечивает необходимый переворот фазы, и они оба живут счастливой семьей.

Но подождите … что, если бы вы могли сделать все это с ОДНОЙ схемой? Что ж, можешь. Введите «длиннохвостую пару», которую, по-видимому, называют так из-за двойного резисторного «хвоста», используемого для критического смещения двухтриодной лампы.

Я хотел бы предисловие к этому, перечислив три способа использования триодной лампы: Common-Cathode (где катод заземлен и сигнал подается в сеть, наиболее распространенный тип триодного усилителя), Common-Grid ( где сеть заземлена, а сигнал подается на катод), и Common-Anode (где пластина «заземлена» не до 0 В, а непосредственно к источнику питания, который является «виртуальной землей», также называемой « Катодный повторитель »и, реже,« Буфер »).Мы уже знаем, что катодный повторитель НЕ обеспечивает усиление сигнала по напряжению. Он ДЕЙСТВИТЕЛЬНО обеспечивает усиление по току, что хорошо для таких схем, как тоновые стеки, которые имеют тенденцию к увеличению тока. Однако я отвлекся: два ДРУГИХ устройства усилителя, с общим катодом и с общей сеткой, обеспечивают усиление по напряжению, хотя усилитель с общей сеткой не так эффективен, как усилитель с общим катодом в этом. Коэффициент усиления для данного входного сигнала МЕНЬШЕ, чем у схемы с общим катодом. Оставьте эту мысль на потом.

«Длиннохвостая пара» использует два триода, один в схеме с общим катодом, а другой в качестве усилителя с общей сеткой. Сигнал попадает на первую ступень (Common-Cathode) обычным способом, через сетку. Это вызывает колебание напряжения на пластине И катоде этого каскада, как описано ранее. Вторая ступень, имеющая общую (заземленную) сетку, имеет выход на пластине, как и первая ступень, так что… .. КАК нам подавать на нее сигнал? Что ж, катод все еще открыт.Вот где он становится очень гениальным. Если вы привяжете катод первой ступени к катоду второй ступени, изменение тока первой ступени будет накладываться на катоды второй ступени. Вот снова схема, перерисованная и упрощенная на рис. 3:

По сути, здесь происходит то, что пластинчатая схема, имеющая усиление по напряжению, посылает свой сигнал на силовые лампы. Катодная схема, которая по сути является катодным повторителем, как мы уже знаем, не имеет усиления по напряжению, поэтому усиление с общей сеткой второго каскада обеспечивает усиление.Это ключевой элемент, отсутствующий в катодном инверторе фазы (рис. 1). После применения усиления по напряжению сигнал также поступает на силовые лампы.

Ранее я заявлял, что усилитель с общим катодом имеет более высокое усиление по напряжению, чем усилитель с общей сеткой. В попытке уравновесить это, пластинчатый резистор схемы с общим катодом немного уменьшается, уменьшая коэффициент усиления этого каскада. Во многих ламповых усилителях он будет уменьшен до 82K против 100K для второй ступени. При прочих равных, уменьшение номинала пластинчатого резистора также снижает коэффициент усиления каскада.Вторичным эффектом этого является то, что фактический сигнал не сбалансирован с обеих сторон, что делает выходной сигнал несколько асимметричным (т.е. положительный размах сигнала не равен размаху отрицательного сигнала). Есть несколько компаний, производящих усилители, которые игнорируют это и используют резисторы 100 кОм для обоих, внося РАЗНЫЙ вид асимметрии в сигнал из-за сдвига постоянного тока. А схема катодина? Он также не является идеально симметричным, потому что импедансы источника (то есть катода и анода / пластины) разные.Один (пластина) высокий, выдает большое напряжение, но не большой ток, а другой (катод) низкий, выдает большой ток, но не дает усиления по напряжению. Итог:

ТАКОГО ИДЕАЛЬНО СБАЛАНСИРОВАННОГО ФАЗОВОГО ИНВЕРТОРА НЕТ !!!

Вы можете сопоставить секции двойного триода, сопоставить конденсаторы и резисторы в схеме, и все будет по-прежнему несовершенно. Но, друзья мои, гитарные усилители НЕ являются усилителями Hi-Fi, и мы не хотим, чтобы они ими были. Речь идет не о совершенстве звука, а о тоне, и реальность такова, что внутренний дисбаланс, создаваемый фазоинвертором, приводит к большей гармонической сложности, что приводит к более приятному звуку конечного результата.Удалите недостатки, и вы стерилизуете ампер. Знаете, иногда даже люди с несколькими морщинками на лице кажутся более реальными!

А теперь иди с миром. Сегодня ночью вы, наркоманы, можете спать, зная, что вместе мы разгадываем одну из великих загадок жизни !!!

Джон Р. Фронделли — директор по техническим услугам в DBM Pro Audio в Нью-Йорке. Он был техником в течение 30 лет и ремонтировал, реставрировал и производил на заказ все типы музыкального оборудования. В его список клиентов входят Боб Дилан, Ленни Кравиц, U2 и The Who.�

Мой магазин находится по адресу 1 Executive Dr Unit L Toms River, NJ 08755 . Пожалуйста, напишите мне, если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна техническая работа.
  • Понедельник: 10.00 — 17.00
  • Вторник: 10.00 — 17.00
  • Среда: выходной
  • Четверг: 10.00 — 17.00
  • Пятница: 10.00 — 17.00
  • Суббота 10.00 — 14.00. (Я бываю каждую вторую субботу).
Я также являюсь дилером Eminence, Mercury Magnetics, Mojo Musical Supply. Я сам делаю всю техническую работу, поэтому вы имеете дело со мной напрямую. Я магазин одного человека, и мои часы работы могут варьироваться, поэтому, пожалуйста, свяжитесь со мной, чтобы подтвердить, что я буду открыт. Напишите мне: [email protected] Позвоните или напишите мне: 848-218-0362 Информация о доставке для всех ремонтных работ: Пожалуйста, отправляйте весь ремонт по адресу: 1 Executive Dr Unit L Toms River, NJ 08755 В настоящее время я предлагаю все этапы гитарной работы, включая:
  • Установки
  • Ладовая повязка
  • Перетяжка
  • Новые костяные гайки и седла ручной резки на заказ
  • Электроника рабочая
И усилитель рабочий в составе:
  • Базовое обслуживание
  • Регулировка смещения
  • Ремонт и реставрация
  • Модификации
  • И многое другое….
Отзывы:
Дэвид Николас — 20-ваттный усилитель звучит фантастически! Доставил товар на концерте, и я нахожу повсюду крутые тона с ним. Мне очень нравится кабина с Emenince Tonkerlites — идеально подходит для моих звуков! Делает 12-струнный звук похожим на рояль!
Peter Lacis — Недавно у меня было прослушивание на что-то, что было полностью посвящено Led Zeppelin I. Мой пользовательский Pennalizer ЗАВЕРШИЛ УМЫ парней, с которыми я играл.Они не могли поверить звукам, исходящим из этого усилителя. Когда мне в голову пришла эта идея, я никогда не думал об этом альбоме … так что это еще одно свидетельство той потрясающей работы, которую вы делаете.
Скотт Голдберг — Я очень доволен настройкой и быстрым поворотом. С «нижним» действием играть легче. Я обязательно буду распространять информацию.
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *