1. Методи технічної реалізації інверторів і особливості їх роботи [ правити | правити код ]
2. Типові схеми інверторів напруги [ правити | правити код ]

open wikipedia design.

Цей термін має також інші значення див. інвертор .

Інвертор - пристрій для перетворення постійного струму в змінний [1] зі зміною величини напруги . Зазвичай являє собою генератор періодичного напруги , За формою наближеного до синусоїді , Або дискретного сигналу.

Інвертори напруги можуть застосовуватися у вигляді окремого пристрою або входити до складу джерел і систем безперебійного живлення апаратури електричною енергією змінного струму.

• Інвертори напруги дозволяють усунути або принаймні послабити залежність роботи інформаційних систем від якості мереж змінного струму. Наприклад, в персональних комп'ютерах при раптовому відмову мережі за допомогою резервної акумуляторної батареї і інвертора, що утворюють джерело безперебійного живлення (ІБП), можна забезпечити роботу комп'ютерів для коректного завершення вирішуваних завдань. У більш складних відповідальних системах інверторні пристрої можуть працювати в тривалому контрольованому режимі паралельно з мережею або незалежно від неї.
• Крім «самостійних» додатків, де інвертор виступає в якості джерела живлення споживачів змінного струму, широкий розвиток отримали технології перетворення енергії, де інвертор є проміжною ланкою в ланцюжку перетворювачів. Принциповою особливістю інверторів напруги для таких додатків є висока частота перетворення (десятки-сотні кілогерц). Для ефективного перетворення енергії на високій частоті потрібно більш досконала елементна база (напівпровідникові ключі, магнітні матеріали, спеціалізовані контролери).
• Як і будь-яке інше силове пристрій, інвертор повинен мати високий ККД, володіти високою надійністю і мати прийнятні масо-габаритні характеристики. Крім того, він повинен мати допустимий рівень вищих гармонійних складових у кривої вихідної напруги (допустиме значення коефіцієнтів гармонік) і не створювати при роботі неприпустимий для інших споживачів рівень пульсації на затискачах джерела енергії.
• В системах чистого вимірювання Grid-tie інвертор використовується для подачі енергії від сонячних батарей, вітрогенераторів, гідроелектростанцій та інших джерел зеленої енергії в загальну електричну мережу.

Робота інвертора напруги заснована на перемиканні джерела постійної напруги з метою періодичної зміни полярності напруги на затискачах навантаження. Частота перемикання задається сигналами управління, які формувались керуючої схемою (контролером). Контролер також може вирішувати додаткові завдання:

• регулювання напруги;
• синхронізація частоти перемикання ключів ;
• захистом їх від перевантажень і ін.

За принципом дії інвертори діляться на:

• автономні;
  • інвертори напруги (АІН), приклад - інвертори більшості джерела безперебійного живлення,
  • інвертори струму (RTA), приклад - радянський аеродромний перетворювач АПЧС-63У1 [2] ;
  • резонансні інвертори (АІР);
• залежні (інвертори, ведені мережею), приклад - силовий перетворювач електровозів ВЛ85 , ЕП1 та ін.

Методи технічної реалізації інверторів і особливості їх роботи [ правити | правити код ]

1. Ключі інвертора повинні бути керованими (вмикаються і вимикаються по сигналу управління), а також мати властивість двосторонньої провідності струму [3] . Як правило, такі ключі отримують шунтуванням транзисторів зворотними діодами. Виняток становлять польові транзистори, в яких такий діод є внутрішнім елементом їх напівпровідникової структури.
2. Регулювання вихідної напруги інверторів досягається зміною площі імпульсу напівхвилі. Найбільш просте регулювання досягається регулюванням тривалості (ширини) імпульсу напівхвилі. Такий спосіб є найпростішим варіантом методу широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) сигналів.
3. Порушення симетрії полуволн вихідної напруги породжує побічні продукти перетворення з частотою нижче основної, включаючи можливість появи постійної напруги, неприпустимою для ланцюгів, що містять трансформатори.
4. Для отримання керованих режимів роботи інвертора, ключі інвертора і алгоритм управління ключами повинні забезпечити послідовну зміну структур силового ланцюга, званих прямий, коротко замкнутої і инверсной.
5. миттєва потужність споживача p (t) {\ displaystyle p (t)} пульсує з подвоєною частотою. Первинний джерело живлення повинен допускати роботу з пульсуючими і навіть змінюють знак струмами споживання. Змінні складові первинного струму визначають рівень перешкод на затискачах джерела живлення.

Типові схеми інверторів напруги [ правити | правити код ]

Існує велика кількість варіантів побудови схем інверторів. Історично першими були механічні інвертори, які в епоху розвитку напівпровідникових технологій замінили більш технологічні інвертори на базі напівпровідникових елементів, і цифрові інвертори напруги. Але все ж, як правило, виділяють три основні схеми інверторів напруги:

• Мостовий ІН без трансформатора

Область застосування: пристрої безперебійного живлення потужністю понад 500 ВА , Установки з високим значенням напруги (220..360 В).

• З нульовим виводом трансформатора

Область застосування: Пристрої безперебійного живлення комп'ютерів потужністю (250 .. 500 ВА), при низькому значенні напруги (12..24 В), перетворювачі напруги для рухливих систем радіозв'язку.

• Мостова схема з трансформатором

Область застосування: Пристрої безперебійного живлення відповідальних споживачів з широким діапазоном потужностей: одиниці - десятки кВА [4] .

• Інвертори з прямокутною формою вихідної напруги

Перетворення постійної напруги первинного джерела в змінне досягається за допомогою групи ключів, періодично комутованих таким чином, щоб отримати знакозмінні напруга на затискачах навантаження і забезпечити контрольований режим циркуляції в ланцюзі реактивної енергії . В таких режимах гарантується пропорційність вихідної напруги. Залежно від конструктивного виконання модуля перемикання (модуля силових ключів інвертора) і алгоритму формування керуючих впливів, таким фактором можуть бути відносна тривалість імпульсів управління ключами або фазовий зсув сигналів управління протифазних груп ключів. У разі неконтрольованих режимів циркуляції реактивної енергії реакція споживача з реактивними складовими навантаження впливає на форму напруги і його вихідну величину [5] [6] .

• Інвертори напруги із ступінчастим формою кривої вихідної напруги

Принцип побудови такого інвертора полягає в тому, що за допомогою попереднього високочастотного перетворення формуються однополярні ступінчасті криві напруги, що наближаються за формою до однополярної синусоїдальної кривої з періодом, рівним половині періоду зміни вихідної напруги інвертора. Потім за допомогою, як правило, мостового інвертора однополярні ступінчасті криві напруги перетворяться в різнополярних криву вихідної напруги інвертора.

• Інвертори з синусоїдальною формою вихідної напруги

Принцип побудови такого інвертора полягає в тому, що за допомогою попереднього високочастотного перетворення отримують напругу постійного струму , Значення якого близько до амплітудному значенням синусоїдальної вихідної напруги інвертора. Потім цю напругу постійного струму за допомогою, як правило, мостового інвертора перетворюється в змінну напругу за формою, близьке до синусоидальному, за рахунок застосування відповідних принципів управління транзисторами цього мостового інвертора (принципи так званої «багаторазової широтно-імпульсної модуляції »). [7] [8] Ідея цієї «багаторазової» ШІМ полягає в тому, що на інтервалі кожного напівперіоду вихідної напруги інвертора відповідна пара транзисторів мостового інвертора комутується на високій частоті (багаторазово) при широтно-імпульсному управлінні. Причому тривалість цих високочастотних імпульсів комутації змінюється за синусоїдальним законом. Потім за допомогою високочастотного фільтра нижніх частот виділяється синусоїдальна складова вихідної напруги інвертора. [5] . При використанні однополярного джерела постійної напруги (доступні рівні 0 і Ud, де Ud - напруга постійного струму, що живить інвертор) ефективне значення першої гармоніки фазної напруги U eff (1) = 0.45 U d {\ displaystyle U _ {\ rm {eff}} ^ {(1)} = 0.45U _ {\ rm {d}}} При використанні двополярного джерела постійної напруги (доступні рівні 0, -Ud / 2 і Ud / 2) амплітудне значення першої гармоніки фазної напруги U m (1) = 0.5 U d {\ displaystyle U _ {\ rm {m}} ^ {(1 )} = 0.5U_ {d}} відповідно, ефективне значення U e f f (1) = 0.35 U d {\ displaystyle U _ {\ rm {eff}} ^ {(1)} = 0.35U _ {\ rm {d}}}

• Інвертори напруги з самозбудженням

Інвертори з самозбудженням (автогенератори) відносяться до числа найпростіших пристроїв перетворення енергії постійного струму. Відносна простота технічних рішень при досить високій енергетичній ефективності призвело до їх широкому застосуванню в малопотужних джерелах живлення в системах промислової автоматики і генеруванні сигналів прямокутної форми, особливо в тих додатках, де відсутня необхідність в управлінні процесом передачі енергії. У цих инверторах використовується позитивний зворотний зв'язок, що забезпечує їх роботу в режимі стійких автоколивань, а перемикання транзисторів здійснюється за рахунок насичення матеріалу муздрамтеатру трансформатора. [9] [10] У зв'язку зі способом перемикання транзисторів, за допомогою насичення матеріалу муздрамтеатру трансформатора, виділяють недолік схем інверторів, а саме низький ККД , Що пояснюється великими втратами в транзисторах. Тому такі інвертори застосовуються при частотах f {\ displaystyle f} не більше 10 кГц і вихідний потужності до 10 Вт. При істотних перевантаженнях і коротких замиканнях в навантаженні в будь-якому з інверторів з самозбудженням відбувається зрив автоколивань (все транзистори переходять в закритий стан).

Існують кілька груп інверторів:

Для переважної більшості побутових приладів не припустимо використовувати змінну напругу з спрощеної формою сигналу. синусоїда важлива для приладів, що містять електродвигуни / трансформатори і деяких телекомунікаційних, вимірювальних, лабораторних приладів, медичної апаратури, а також професійної аудіо апаратури. Вибір інвертора проводиться виходячи з пікової потужності енергоспоживання стандартного напруги 220 В / 50 Гц .

Існують три режими роботи інвертора:

• Режим тривалої роботи. Даний режим відповідає номінальній потужності інвертора.
• Режим перевантаження. В даному режимі більшість моделей інверторів протягом декількох десятків хвилин (До 30) можуть віддавати потужність в 1,2-1,5 рази більше номінальної.
• Режим пусковий. В даному режимі інвертор здатний віддавати підвищену моментальну потужність протягом декількох мілісекунд для забезпечення запуску електродвигунів і ємкісних навантажень.

Протягом декількох секунд більшість моделей інверторів можуть віддавати потужність в 1,5-2 рази перевищує номінальну. сильна короткочасна перевантаження виникає, наприклад, при включенні холодильника .

Інвертора потужністю 150 Вт досить, щоб живити від бортової електромережі автомобіля практично будь-який ноутбук. Для живлення і зарядки мобільних телефонів, аудіо і фотоапаратури вистачить 7,5 Вт.

Трифазні інвертори зазвичай використовуються для створення трифазного струму для електродвигунів , Наприклад, для живлення трифазного асинхронного двигуна . При цьому обмотки двигуна безпосередньо підключаються до виходу інвертора.

Високопотужні трифазні інвертори застосовуються в тягових перетворювачів в електроприводі локомотивів , теплоходів , тролейбусів (Наприклад, АКСМ-321 ), трамваїв , прокатних станів , бурових вишок , в індуктори (Установки індукційного нагріву [12] ).

На малюнку приведена схема тиристорного тягового перетворювача за схемою " Ларіонов -звезда ». Теоретично можлива й інша різновид схеми Ларіонова «Ларіонов-трикутник», але вона має інші характеристики (еквівалентну внутрішнє активний опір, втрати в міді і ін.).

1. ↑ Словник з природничих наук. Глоссарій.ру. (Недоступна посилання) (Недоступна посилання з 14-06-2016 [1108 днів])
2. ↑ ТУ 16-729.402-83. Перетворювач частоти аеродромний стаціонарний типу АПЧС-63У1 (ІВЕГ.435426.001ТУ)
3. ↑ Jerrold Foutz. Switching-Mode Power Supply Design Tutorial Introduction (Англ.). www.smpstech.com (9 December 1998). Дата звернення 19 квітня 2017.
4. ↑ Андрій Нікітін, Олег Стариков. DC / DC-конвертори SupIRBuck в розподілених системах електроживлення (неопр.). Новини електроніки, № 15 (2009). Дата звернення 19 квітня 2017.
5. ↑ 1 2 David Perreault. Power Electronics Notes (Англ.). MIT OpenCourseWare (2007). Дата звернення 19 квітня 2017.
6. ↑ Switch Mode Power Supplies
7. ↑ Pressman, Abraham I .; Billings, Keith & Morey, Taylor (2009), Switching Power Supply Design (Third ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-148272-5
8. ↑ Rashid, Muhammad H. (2003), Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications, Prentice Hall, ISBN 0-13-122815-3
9. ↑ Basso, Christophe (2008), Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs, McGraw-Hill, ISBN 0-07-150858-9
10. ↑ Erickson, Robert W. & Maksimovic, Dragan (2001), Fundamentals of Power Electronics (Second ed.), ISBN 0-7923-7270-0
11. ↑ Автомобільні перетворювачі напруги (3 частини)
12. ↑ індукційний нагрів (неопр.) (Недоступна посилання). Дата звернення 29 січня 2009. Читальний зал 5 лютого 2009 року.

• Бушуєв В.М., Демінський В. А., Захаров Л.Ф., Козляев Ю.Д., Колканов М.Ф. Електроживлення пристроїв і систем телекомунікацій. - М.: Гаряча лінія - Телеком, 2009. - 384 с. - ISBN 978-5-9912-0077-6 .
• Китаєв В.Є., Бокуняев А. А., Колканов М.Ф. Електроживлення пристроїв зв'язку. - М.: Зв'язок, 1975. - 328 с.
• Ірвінг М., Готтліб. Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. = Power Supplies, Switching Regulators, Inverters and Converters. - 2-е вид. - М.: Постмаркет, 2002. - 544 с. - ISBN 5-901095-05-7 .
• Раймонд Мек. Імпульсні джерела живлення. Теоретичні основи проектування і керівництво по практичному застосуванню = Demystifying switching power supplies. - М.: Додека-ΧΧΙ, 2008. - 272 с. - ISBN 978-5-94120-172-3 .
• Угрюмов Е. П. Теорія і практика еволюційного моделювання. - 2-е вид. - СПб: БХВ-Петербург, 2005. - С. 800. - ISBN 5-94157-397-9 .
• Вересів Г.П. Електроживлення побутової радіоелектронної апаратури . -: Радио и связь, 1983. - 128 с. - 60 000 прим. архівна копія від 27 липня 2009 року на Wayback Machine
• Костиков В.Г. Парфьонов Є.М. Шахно В.А. Джерела електроживлення електронних засобів. Схемотехніка та конструювання: Підручник для вузів. - 2. - М.: Гаряча лінія - Телеком, 2001. - 344 с. - 3000 екз. - ISBN 5-93517-052-3 .