Инверторы это – принцип работы, разновидности и области применения

alexxlab | 27.09.2017 | 0 | Вопросы и ответы

Содержание

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:

domelectrik.ru

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

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

История возникновения

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

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

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

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

Типы электричества

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

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

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

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

Общие сведения о приборе

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

Инвертор же выполняет совершенно противоположную функцию. Можно рассмотреть его работу на примере обычного фонарика. Прибор небольшой и питается от встроенного аккумулятора, который становится источником постоянного тока. Если извлечь его из приспособления, перевернуть другим полюсом и снова установить, разницы в работе или в качестве освещения не будет заметно. Однако электричество будет протекать по-другому.

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

Классификация устройств

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

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

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

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

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

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

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

Сварочные инверторы

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

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

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

Популярные разновидности

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

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

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

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

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

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

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

220v.guru

Что такое инвертор напряжения: применение и схема управления

Содержание:

  1. Определение инвертора напряжения
  2. Практическое применение
  3. Принцип работы инверторных устройств
  4. Схема управления
  5. Основные типы преобразователей
  6. Форма выходного напряжения
  7. Напряжение холостого хода в сварочных инверторах

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется получить переменный ток путем преобразования постоянного тока. Для этих целей существует специальный прибор – инвертор напряжения, в котором находится встроенный микропроцессор, позволяющий автоматически выбрать необходимый режим работы, преобразованием напряжения в сети. Он может постоянное напряжение в 12 или 24 Вольт, которое производит аккумуляторная батарея, преобразовывать в стандартное 220 Вольт для работы большинства электроприборов. Таким образом, инвертор напряжения служит для приборов, использующих стандартную электросеть, бесперебойным источником питания.

Определение инвертора напряжения

Инвертор напряжения, в том числе и сделанный своими руками — неотъемлемая часть различных генераторов, использующих энергию течения или падения воды, силу ветра или солнечное излучение. С помощью него все виды энергии могут преобразовываться в обыкновенные для бытовых приборов параметры напряжения в 220 вольт из напряжения 12В или из трёхфазного. Таким образом, данные приборы выполняют преобразование постоянного напряжения с одной величиной, в переменное напряжение с требуемой величиной.

По своей сути схема инвертора напряжения сама является генератором, с помощью которого можно подобрать и получить периодически изменяющееся напряжение. В отличие от стабилизаторов, выходные напряжения могут иметь синусоидальную, близкую к синусоидальной или импульсную формы. На практике эти устройства используются как самостоятельные устройства, или в качестве какой-то отдельной части в системах бесперебойного электроснабжения.

Пользу смогли оценить по достоинству обитатели регионов, которые испытали веерные отключения электроэнергии. Незаменим автономный инвертор напряжения в условиях стихийных бедствий. Очень важно его присутствие в медицинских и детских учреждениях, для безопасности банков, хранилищ, складов.

Применение инвертора на практике

Выбирая инвертор напряжения, следует помнить, что он поможет и освещение обеспечить при необходимости, и телевизор посмотреть, и даже чайник вскипятить. Для тех, кто вынужден длительное время проводить в дороге, автомобильный инвертор своими руками незаменимое устройство, позволяющее пользоваться обычными бытовыми приборами в поездках.

В большинстве случаев инверторы напряжения используются как запасные фазные источники электропитания. Если ток в розетке пропадает, приборы тут же начинают работать от аккумулятора в обычном режиме. Подача электроэнергии восстановилась — инвертор переходит к зарядке аккумулятора, при этом, не мешая приборам нормально работать от сети. При этом он беспрерывно контролирует ситуацию.

Особую популярность данные устройства приобрели при совместном использовании с компьютерными системами. В этом случае электроснабжение становится непрерывным, даже при внезапном исчезновении сетевого напряжения. В ход идет резервный аккумулятор, обеспечивающий корректное завершение работы и выключение компьютера.

Существуют большие источники бесперебойного питания АИН, оборудованные мощными инверторами с высокой емкостью аккумуляторов. Они способны подавать энергию потребителю в автономном режиме в течение нескольких часов. При возвращении сети в нормальный рабочий режим происходит автоматическое переключение потребителей на нормальное электроснабжение, а аккумуляторы переходят в режим зарядки.

Если же напряжение, которое выдает аккумулятор, падает ниже допустимого предела, в этом случае также начинается его подзарядка. При отсутствии такой возможности — просигнализирует о прекращении подачи электроэнергии и перейдёт в режим ожидания, до возобновления подачи электроэнергии.

Принцип работы инверторных устройств

Современные технологические схемы, связанные с преобразованиями электроэнергии, предполагают использование инверторов в качестве промежуточного звена совместно с другими устройствами. Их основной функцией является преобразование напряжения с высокой частотой трансформации, составляющей несколько десятков или даже сотен килогерц.

Подобная задача с технической точки зрения в настоящее время решается достаточно легко, поскольку принцип работы инверторов основан на полупроводниковых ключах, устойчивых к высоким токам. Специально для этих устройств были разработаны магнитопроводы с нужными параметрами и различные типы электронных микроконтроллеров.

Технические характеристики и физические свойства инверторов примерно такие же, как и у других компонентов, в том числе и силовых устройств. Они отличаются надежностью, высоким коэффициентом полезного действия, минимальной массой и габаритными размерами. Каждый такой прибор должен выдерживать все параметры входного напряжения. Импульсные помехи на выходе находятся в разумных пределах и не создают проблем потребителям.

Схема управления

В каждом инверторе имеются полупроводниковые ключи с обратными шунтирующими диодами в виде моста мостовая схема. Для управления данными элементами используется специальный контроллер. Регулировка и расчет выходного напряжения осуществляется автоматически, в соответствии с мощностью текущей нагрузки. С этой целью изменяется ширина импульса в преобразователе высокой частоты. Данный процесс известен в качестве широтно-импульсной модуляции – ШИМ.

Выходное напряжение низкой частоты отличается симметричными полуволнами за счет постоянной ширины импульса низкочастотного блока.

Выходные ключи инвертора управляются путем специального алгоритма, при котором происходит последовательная смена структур в силовой цепи. За прямой структурой идет короткозамкнутая и далее – инверсная. Таким образом, мгновенная мощность выходной нагрузки инвертора представляет собой пульсации, протекающие с удвоенной частотой. В связи с этим режим работы первичного источника при прохождении через него пульсирующих токов, должен учитывать расчет определенных помех, образующихся на входе инвертора.

Основные типы преобразователей

Все преобразователи напряжения с 12 до 220В разделяются на несколько типов:

  • Первый вариант осуществляет превращение напряжения 12 вольт в 220. Пользуются популярностью у автолюбителей из-за возможности подключения телевизоров, пылесосов и других стандартных электротехнических устройств.
  • Во втором варианте, наоборот, инверторы 220 вольт преобразуют в 12. В основном используется в сложных эксплуатационных условиях, обеспечивая электробезопасность. Например, в специальном оборудовании, предназначенном для помещений с повышенной влажностью.
  • Третий инвертор тока по своей сути является стабилизатором, выполненным на основе двух инверторов. Вначале происходит преобразование 220 вольт в 12, а затем эти 12В вновь преобразуются в 220. В результате двойного преобразования на выходе получается напряжение с идеальной синусоидой. Бытовая техника и оборудование, у которых микросхема с электронным управлением надежно работают совместно с такими преобразователями. Данное устройство используется как стабилизатор напряжения для сварочного инвертора.

Все инверторы имеют три рабочих режима – пусковой, длительный и перегрузочный. В первом случае мощность нагрузки лишь на доли секунды в два раза превышает номинал устройства. Во втором случае нагрузка соответствует номиналу выбранного прибора. В режиме перегрузки расчет мощности подключенных потребителей может быть выше номинала в 1.3 раза. Подобный режим модель среднего инвертора выдерживает около 30 минут.

Форма выходного напряжения

В разных инверторах напряжение на выходе отличается по форме. Если это прямоугольник, то расчет коммутации группы ключей, дополненных обратными диодами, осуществляется таким образом, чтобы на нагрузке возникло переменное напряжение и обеспечивался контроль над режимом циркуляции в цепях реактивной энергии.

Выходное напряжение становится пропорциональным за счет относительной продолжительности импульсов управления или между сигналами, управляющими группами ключей, сдвигаются фазы. Если же циркуляция реактивной энергии находится вне зоны контроля, в этом случае величина и форма напряжения находятся под непосредственным влиянием потребителя.

Преобразователь напряжения, имеющий на выходе ступенчатую форму, с помощью предварительного преобразователя высокой частоты, производит формирование ступенчатой однополярной кривой напряжения. По своей форме она приближена к синусоиде, у которой полный период составляет половину периода напряжения на выходе. Далее, под влиянием низкочастотной мостовой схемы однополярная ступенчатая кривая становится двумя стабилизированными половинками кривой с разной полярностью, форма которой приблизительно напоминает синусоиду.

Напряжение холостого хода в сварочных инверторах

При использовании преобразующих устройств в практических целях, встречается такое понятие, как напряжение холостого хода сварочного инвертора. Данное состояние образуется за счет изменения напряжения 220 или 380 вольт с частотой 50 Гц, то есть может использоваться и трехфазный инвертор напряжения. Вначале оно становится напряжением постоянного тока, а затем вновь превращается в переменное, но уже с высокой частотой на выходе – в пределах 20-50 кГц.

Далее осуществляется расчет и подача этого высокочастотного напряжения к регулятору. Данный элемент поддерживает нужный уровень тока и напряжения, необходимых для зажигания дуги. Напряжение холостого хода не опасно при случайном касании токоведущих частей во время работы со сваркой, тогда как завышенное напряжение может вызвать серьезные негативные последствия.

electric-220.ru

Инвертор сварочный что это такое?

Инвертор — это современный сварочный электронный аппарат. Ему присущи характеристики обычного оборудования плюс дополнительные, которые превращают такое устройство в модифицированное. Познакомившись с инверторным устройством, можно затем изучить все тонкости сварочного ремесла. Данный тип имеет несколько иные технические характеристики, отличающие его от простых устройств. Это позволяет создать значительно больший набор сварочных швов.

Применение и принцип работы

Многофункциональный инвертор работает с разного вида электродами, когда они поддерживают постоянный или переменный ток. Применяют инверторы для сварки как в промышленных масштабах, так и в быту. Множество предприятий используют обычные виды трансформаторной техники, так как немалый вес сварочного оборудования способен производить стационарную сварку.

В особенности сварочных инверторов входит их мобильность, их можно легко перемещать и поднимать на требуемую высоту. Если бригаде нужно провести сварочные работы выше уровня земли, то такой прибор становится незаменимым.

Механизм работы инвертора заключается в подзарядке сварочной дуги энергией, это не приводит к нарушениям и перебоям в электросети. Длительность нагрузки и объем тока, который производит инвертор, есть главное отличие источников энергии. Получаемый инвертором сварочный ток соединяет его с электродом, являющийся его поперечником.

Функции сварочного инвертора

От размера поперечника электрода будет зависеть напряжение в сети. Если сила тока снижается до определенного показателя, тогда сварочный шов инвертором сделать не получится. Однако регулирование силы тока прибором, которую он вырабатывает, возможно и в достаточно широком диапазоне. Аппарат оснащен рядом специальных функций, которые можно с успехом использовать, ведь инвертор способен:

  • Предотвращать залипание.
  • Понижать силу сварочного тока в продолжение короткого замыкания для величин низкого уровня.
  • Создавать розжиг для электродов, которые используются при сварке.

Если производить сварку за счет электродов, которые в поперечнике имеют 3 мм, то значение силы тока будет равно 70 А, при этом сварочный шов не получится. При выборе уровня силы тока сварки в 110 А — сварочный шов возможен при помощи повышенного напряжения в сети.

Неудобством является быстрое сгорание электродов. Выделяются следующие недостатки:

  1. Максимальная длина кабеля не более 2,5 метра.
  2. Температурный режим находится в зависимости от типа инвертора.
  3. В инверторе есть «внутренняя» схема, которая требует постоянной чистки от пыли.
  4. Высокая стоимость прибора, которая превышает цену трансформатора в два раза.

Как и другая электроника, некоторые модели инверторов не допускают использование в условиях низких температур. Однако аргументом, выступающим в пользу аппарата, является многофункциональность прибора и его удобство при работе. Как правило, квартиры оборудуются предохранителем в 16 А, который используется в бытовых электросетях, что бывает достаточным для 3,5 кВт.

Однако, сделать шов не представится возможным, если потребуется производить сварку с силой тока в 140 А, а это 3,5 кВт, так как электропитание перекроется предохранителем в автоматическом режиме. Именно по этой причине для бытовых сетей не применяется электрод поперечником, который равен 4 мм.

Таким образом, вывод можно сформулировать так. Для начинающего сварщика является приделом использование электрода поперечником 3,2 мм. Для сварки уголка, который имеет размеры 50,6 на 50,6 мм, напряжения в 120 А будет достаточно. Однако такого напряжения не хватит для приваривания петель на дверях ворот или на решетки окна.

Мощность прибора

Мощность является главным показателем, она присуща всем моделям приборов. Данный показатель определяет значения других, то есть он влияет на их изменения, когда происходит регулирование силы тока сварки. Показателем наибольшего значения тока является величина, которая превосходит 300 А.

Если значение сообщает о недостатке мощности, то техническая регулировка прибора действует в спектре 10–130 А. Сильный ток не только оказывает воздействие на скорость сварочных работ, но и способствует применению электродов с любым размером поперечника. Данный процесс носит название механического, так как регулировка скорости сварки на основе датчика невозможна.

Нужно разобраться с поперечником электрода. Его нужно выбирать с учетом особенностей материала, который предполагается использовать в работе, ведь от этого зависит уровень силы тока сварки. Если сила сварочного тока прибора около 140–150 А, это значение соответствует бытовым потребностям при пользовании электрической сетью.

Для инвертора характерны принципиальные черты. С их помощью осуществляется резка металла воздушно-дуговым методом при ручной сварке. Во время такой работы необходимо настроить ток, выбрав определенную полярность. Чтобы осуществить расчет необходим получасовой интервал для постоянного горения дуги.

Определение полярности

В параметрах полярности источника тока инвертор имеет минус и плюс. Чтобы правильно подсоединить электрод, вид полярности будет определяться в зависимости от типов используемых электродов. Если они одновременно и одинаково работают при любой полярности, тогда нужно узнать движение от минуса к плюсу отрицательно заряженных частиц (электронов). Оно и является сварочной электрической дугой.

Если подсоединить плюс источник тока к материалу, тогда начнется накаливание металла, так как через него постоянно проходит луч электронов. Если присоединить источник к электродам — они нагреются и сгорят. На входе инвертора ток выпрямляется, затем направляется сквозь фильтр к транзисторной сборке, откуда возникает его преобразование. Поэтому высокочастотный ток, который вырабатывается, состоит из свойств, определяемых типом инвертора.

Правила эксплуатации инвертора

Уровень напряжения и частоты электросети определяется в рамках допустимых значений для России.

Важно! Сварочный инвертор способен работать при максимальном падении напряжения, которое равняется 180 В.

Требуемое значение силы тока для сварочных работ поддерживается благодаря плавной настройке инвертора или стабилизатором, который встроен в прибор.

Инвертор способен эксплуатироваться достаточно долго, например, может выполнять пятнадцатиминутную сварочную операцию, за которой обычно следует другая. Из дополнительных функций следует упомянуть процесс выпрямления тока. При нем металл становится подготовленным для получения идеального и качественного шва.

Инвертор нуждается в периодическом уходе, который заключается в удалении пыли и загрязнений. Этому моменту уделяется пристальное внимание, поэтому следует заранее спросить у продавца об особенностях ухода за аппаратом, а также специфику ремонта. Ведь прибор многофункционален и применяется в условиях промышленности и для домашних нужд, так как предусматривает разные типы сварки.

При ее осуществлении основной задачей становится правильный подбор электродов для материала, с которым планируется работать. В сварочном процессе необходимо помнить о силе напряжения в проводке и тщательно следить за плавностью шва. Инвертор стоит недешево и если необходимость в такой работе возникает редко, тогда имеет смысл приобретать более простой аппарат без дополнительных функций.

С появлением инвертора значительно облегчилась работа у сварщиков-профессионалов и новичков. Он позволил совершить качественный скачок в этом виде деятельности. Сегодняшний аппарат значительно потерял в весе, по сравнению с неподъемными трансформаторами и выпрямителями, которые выпускались ранее. А это позволило повысить производительность сварочных работ. Инверторы — это современные приборы, которые практически полностью вытеснили классические сварочные агрегаты.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

stanok.guru

Что такое инвертор?

Что такое инвертор?

Слово “инвертор” происходит путем усечения от слова “инвертировать”, что значит “поворачивать”, “переворачивать”, “преобразовывать”. Инвертор чаще всего выступает в качестве технического прибора, но у этого термина есть и другие значения.

Рассмотрим подробнее, что такое инвертор.

Что такое инвертор в информатике?

Инвертор в программировании — это логический элемент в вычислительной технике, который необходим для выполнения логического отрицания.

Что такое инвертор в электротехнике?

Инвертор — прибор, который используется для преобразования постоянного тока в переменный с изменением напряжения и/или частоты. Выглядит как генератор периодического напряжения, по форме похожего на синусоиду. Эти инверторы могут использоваться в качестве отдельных устройств или быть в составе систем и источников бесперебойного питания.

Что такое инвертор в электронике?

Инвертор — элемент вычислительной машины, где осуществляются определенные перемены сигналов. Есть два вида инверторов: цифровые и аналоговые.

Аналоговый инвертор — это функциональный блок, где выходная y(t) и входная x(t) величины находятся в зависимости: y(t) = — x(t). Этот инвертор используется в АВМ ст

elhow.ru

Что такое сварочный инвертор: конструкция, принцип работы, преимущества

На смену старым и тяжелым сварочным трансформаторам пришли современные аппараты, имеющие небольшие габариты, плавную регулировку параметров. Они используются как профессиональными сварщиками, так и любителями при ремонте различных домашних, дачных конструкций, а также автомобилей. Инверторные сварочные аппараты стали настоящим прорывом в электросварке, значительно облегчая работу.

Что представляет собой инвертор

Для начала необходимо разъяснить, что такое электросварочный инвертор? Это электротехническое изделие, относящееся к электронным аппаратам, технические параметры которого предоставляют возможность выполнять сварочные работы в различных режимах. Они имеют характеристики, схожие с традиционными аппаратами трансформаторного типа, однако дополненные многими полезными функциями. Это значительно повышает их удобство пользования, а также расширяет эксплуатационные возможности. Применяют инверторные аппараты на производстве, при ремонтных работах дома, в гараже или же на даче.

Небольшой вес и малые габариты делают эти изделия удобными в эксплуатации, а также весьма мобильными по сравнению с традиционными электросварочными трансформаторами, генераторами и выпрямителями. Для ознакомления с этими электросварочными устройствами следует посмотреть соответствующее видео.

Типы инверторов

Предлагаемые на рынке сварочные аппараты инверторного типа подразделяются в зависимости от условий эксплуатации и бывают трех разновидностей:

  • профессиональные;
  • бытовые;
  • полупрофессиональные.

Профессиональные

Данная сварочная техника рассчитана на многочасовую работу при ежедневном пользовании. Она имеет усиленную электрическую изоляцию и компоненты, выдерживающие повышенные нагрузки. Все элементы конструкции спроектированы на активную эксплуатацию. Они используются сварщиками на производстве, частными предпринимателями в небольших цехах, при строительстве домов, а также в автомастерских. Инверторный аппарат данного вида имеет высокую стоимость, однако она вполне соответствует его техническим возможностям.

К профессиональной сварочной технике относятся комбинированные приборы. Они способны работать в нескольких режимах, включая стандартную дуговую электросварку. Некоторые экземпляры имеют функцию сварки в среде инертных газов, а также резака. Это предоставляет возможность проводить сварку стали нержавеющего типа, а также тонкого металла. Особенно ценятся эти электросварочные изделия у специалистов, занимающихся ремонтом автомобилей.

Бытовые

Это такие же сварочники, как и профессиональные, однако с менее надежными элементами. Их конструкция просто не выдержит длительного использования, так как будет постоянно перегреваться. Используемые в них электротехнические детали не рассчитаны на интенсивную работу. Эти электроприборы применяются для несложных, кратковременных электросварочных работ. Основным поставщиком данной сварочной продукции является Китай.

Полупрофессиональные

Если вы уже интересовались тем, что такое инверторный полупрофессиональный преобразователь, то об этом может быть известно. Если же нет, то разъясним. К этому виду относится электроприбор, занимающий промежуточное положение между бытовыми и профессиональными аппаратами. Их характеристики, как и стоимость выше, чем у любительских экземпляров, однако не соответствуют высокопрофессиональной технике. Данные инверторные преобразователи подходят для любителей заниматься домашними ремонтами, а также ценящими хорошую аппаратуру.

Разделение электросварочных изделий инверторного типа весьма условно, так как не отражает полностью их спектр параметров. В каждом магазине продавцы сразу предложат несколько вариантов по каждому классу преобразователей, проведут их краткий обзор и расскажут принцип работы.

Принцип действия

Разберем, что значит инверторный электросварочный аппарат и как он работает. Преобразование электрических параметров в данном типе сварочной техники выполняется комбинированным методом. Для этого используется полупроводниковая силовая электроника в сочетании с трансформатором малой мощности. Для того чтобы разобраться, что такое сварочный инвертор, необходимо понять его принцип действия. Он состоит из нескольких последовательных этапов.

Подаваемый из сети электрический ток переменного типа, проходя через диодный мост, выпрямляется и сглаживается, после чего специальным модулятором преобразуется обратно в переменный, но с повышением частоты (порядка 20 – 100 кГц). Для снижения величины напряжения, а также получения необходимой силы тока подключается трансформатор. На выходе устройства имеется силовой выпрямитель для получения постоянного сварочного тока.

Принцип работы инвертора, основанный на высокочастотном преобразовании, позволяет применять понижающие электрические трансформаторы гораздо меньших габаритов, чем в классическом аппарате индукционного типа. За счет этого выигрывается масса и компактность современных инверторных устройств, а также потребляемая мощность.

Принцип работы аппарата для инверторной сварки показан на схеме:

Упрощенное описание не показывает весь процесс, как работает инвертор, ведь взаимодействие электронных компонентов намного сложнее. Каждый из параметров жестко контролируется микропроцессорами, а также корректируется при отклонениях от оптимальных значений. Это обеспечивает получение разных характеристик и стабильную работу системы при сварке.

Технические характеристики и возможности

Предлагающиеся электросварочные аппараты отличаются не только своей стоимостью, качеством, но и характеристиками. Различные виды инверторов имеют отличающиеся технические параметры. От них напрямую зависит возможность выполнения разнообразных работ. К наиболее важным показателям относится сила сварного тока, которую способны выдавать инверторы. Помимо этого, имеет значение потребление электроэнергии. Это означает, что на выбор устройства влияют несколько ключевых параметров. От этого будет зависеть, какой толщины металл и оборудование могут сваривать устройства. Если планируется периодическая работа с деталями небольшой толщины из черного металл, нет нужды приобретать дорогой инверторный сварочный аппарат.

Кроме высшего значения силы тока, имеет значение и его минимальная величина. Это необходимо для сваривания тонколистовых металлических изделий. Особо привлекателен сварочный инвертор, имеющий принцип работы с плавной регулировкой параметров. Она, в отличие от ступенчатой, предоставляет возможность более точной настройки необходимых характеристик.

Величина напряжения холостого хода влияет на зажигание сварочной дуги. При высоком значении данного параметра повышается легкость поджига. Кроме того, следует внимательно изучить величину питающего напряжения, так как инверторы предлагаются на бытовые 220 В или же промышленные 380 В.

Возможности данной техники весьма обширны для тех, кто знает, что такое инверторная сварка. Аппарат способен стабильно поддерживать дугу при различных режимах работы. Помимо основной функции, инверторы снабжены дополнительными возможностями, делающими их применения еще более комфортным. «Горячий старт» позволяет ускорить процесс поджига дуги подавая на электрод дополнительный электрический импульс. Для исключения залипания используется «форсаж дуги», при котором сила подаваемого тока зависит от расстояния к свариваемой поверхности. Инверторы с «антизалипанием» имеют функцию остановки подачи электротока при прилипании электрода к детали. Представленный на фото инвертор имеет все характерные черты для этого класса техники.

Особенности эксплуатации

Сварщики, использующие инверторы знают, что такое электросварочное устройство весьма просто в эксплуатации и требует минимального ухода. Основная особенность заключается в правильном соблюдении условий их пользования. Если в технических характеристиках указано ПВ 60, это означает, что работать устройство должно на максимальном токе всего 6 минут из 10, а оставшиеся 4 предназначены для остывания аппарата. Этот принцип заложен для электрических устройств, работающих в бытовой сфере и полупрофессиональных.

Перед началом работы на новом аппарате необходимо изучить, как работает сварочный инвертор и что это такое. Для этого просмотрите видеообзор, где показано устройство и принцип работы преобразователя. Обращайте внимание на величину питающего напряжения сети. В параметрах указаны минимальные и максимальные данные, при которых электросварка будет выполнена нормально. Некоторые экземпляры хорошо варят электродом 3 мм толщиной даже при напряжении сети порядка 150 В!

Преимущества и недостатки

Получившие признание электросварщиков, инверторные устройства имеют широкий спектр достоинств, выгодно их отличающих от классической старой техники:

  • высокая производительность, а также мощность;
  • получаемый сварной шов имеет высокое качество;
  • компактность и малый вес;
  • высокий показатель КПД – до 90 %;
  • плавная регулировка токовых характеристик;
  • экономичный расход потребляемой электроэнергии;
  • возможность использования любителями, а также сварщиками с низкой квалификацией;
  • универсальность и надежность.

К недостаткам инверторных электросварочных аппаратов относится их высокая цена по отношению к старым трансформаторам, а также дороговизну ремонта. Помимо этого, данная электросварочная техника имеет повышенную чувствительность к осадкам, пыли, морозу и прочим внешним факторам. При использовании устройства в полевых условиях требуется заранее позаботиться о размещении под навесом.

oxmetall.ru

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

dic.academic.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.