Mis on pingeinverter, kuidas see töötab, inverteri kasutamine

Alalisvoolu muutmiseks vahelduvvooluks kasutatakse spetsiaalseid elektroonilisi toiteallikaid, mida nimetatakse inverteriteks. Kõige sagedamini muundab inverter ühesuuruse alalispinge teise suurusjärgu vahelduvpingeks.

Seetõttu on inverter perioodiliselt muutuva pinge generaator, samas kui pinge lainekuju võib olla siinus-, peaaegu siinus- või impulss-... Invertereid kasutatakse nii iseseisvate seadmetena kui ka katkematu toitesüsteemide (UPS) osana.

Katkematu toiteallika (UPS) osana võimaldavad inverterid näiteks arvutisüsteemidele pidevat toidet vastu võtta ning kui pinge ootamatult võrgus ära kaob, hakkab inverter koheselt arvutit varustama varuakult saadava energiaga. Vähemalt on kasutajal aega arvuti välja ja välja lülitada.

Suuremates katkematutes toiteallikates kasutatakse võimsamaid, suure mahutavusega akudega invertereid, mis suudavad tarbijaid sõltumatult võrgust tunde iseseisvalt toita ning kui võrk normaliseerub, lülitab UPS tarbijad automaatselt otse vooluvõrku ja akud hakkavad laadima.

Tehniline pool

Kaasaegsetes elektrienergia muundamise tehnoloogiates saab inverter toimida vaid vaheseadmena, kus tema ülesandeks on pinge muundamine kõrgsagedusliku teisenduse (kümnete ja sadade kilohertside) kaudu. Tänapäeval on see probleem õnneks hõlpsasti lahendatav, sest inverterite arendamiseks ja projekteerimiseks on saadaval nii sadade amprite voolutugevust taluvad pooljuhtlülitid, vajalike parameetritega magnetsüdamikud kui ka spetsiaalselt inverteritele (sh resonantsele) loodud elektroonilised mikrokontrollerid.

Inverteritele ja ka teistele jõuseadmetele esitatavad nõuded hõlmavad järgmist: kõrge kasutegur, töökindlus, võimalikult väikesed mõõtmed ja kaal. Samuti on vajalik, et inverter peaks vastu sisendpinge kõrgemate harmooniliste lubatud tasemele ega tekitaks kasutajate jaoks lubamatult valju impulssmüra.

Süsteemides, kus on "rohelised" elektrienergia allikad (päikesepaneelid, tuuleveskid), et varustada elektrit otse üldvõrku, kasutatakse Grid-tie invertereid, mis võivad töötada sünkroonselt tööstusvõrguga.

Pingemuunduri töötamise ajal on pidev pingeallikas perioodiliselt ühendatud muutuva polaarsusega koormusahelaga, ühenduste sageduse ja nende kestuse moodustab aga kontrollerist tulev juhtsignaal.

Inverteris olev kontroller täidab tavaliselt mitmeid funktsioone: väljundpinge reguleerimine, pooljuhtlülitite töö sünkroniseerimine, ahela kaitsmine ülekoormuse eest. Üldiselt jagunevad inverterid: eraldiseisvad inverterid (voolu- ja pingeinverterid) ja sõltuvad inverterid (võrgupõhised, võrgupõhised jne).

Inverteri ahel

Inverteri pooljuhtlüliteid juhib kontroller ja neil on vastupidise šundi dioodid. Inverteri väljundpinge, sõltuvalt koormuse praegusest võimsusest, reguleeritakse kõrgsagedusmuunduri impulsi laiuse automaatse muutmise teel, kõige lihtsamal juhul PWM (impulsi laiuse modulatsioon).

Väljundi madalsagedusliku pinge poollained peavad olema sümmeetrilised, et koormusahelad ei saaks mingil juhul olulist konstantset komponenti (trafode puhul on see eriti ohtlik), selleks on LF-ploki impulsi laius ( lihtsaim juhtum) muudetakse konstantseks .

Inverteri väljundlülitite juhtimisel kasutatakse algoritmi, mis tagab toiteahela struktuuride järjestikuse muutmise: otsene, lühis, tagurpidi.

Ühel või teisel viisil on inverteri väljundi hetkekoormuse võimsuse väärtus kahesageduslike lainete iseloomuga, seetõttu peab primaarallikas võimaldama sellist töörežiimi, kui seda läbivad pulsatsioonivoolud, ja taluma vastavat häirete taset. (inverteri sisendis).

Kui esimesed inverterid olid eranditult mehaanilised, siis tänapäeval on pooljuhtinverteri ahelate jaoks palju võimalusi ja tüüpilisi skeeme on ainult kolm: sild ilma trafota, tõuge trafo nullklemmiga, sild trafoga.

Trafodeta sillaahel leidub 500 VA katkematutes toiteallikates ja autoinverterites. Trafo nullklemmiga liugahelat kasutatakse väikese võimsusega kuni 500 VA võimsusega UPS-is (arvutitele), kus varuaku pinge on 12 või 24 volti. Transformaatoriga sillaahelat kasutatakse võimsates katkematu toiteallikates (ühikute ja kümnete kVA jaoks).

Väljundpinge lainekuju

Ristkülikukujulistes pingeinverterites lülitatakse väljundis rühm pöörddioodlüliteid, et tekitada koormuse vahelduvpinge ja tagada vooluahelas kontrollitud tsirkulatsioonirežiim. reaktiivenergia.

Väljundpinge proportsionaalsuse eest vastutavad: juhtimpulsside suhteline kestus või võtmerühmade juhtsignaalide vaheline faasinihe. Kontrollimatu reaktiivvõimsuse tsirkulatsioonirežiimis mõjutab kasutaja inverteri väljundpinge kuju ja suurust.

Astmekujulise väljundiga pingemuundurites moodustab kõrgsageduslik eelmuundur unipolaarse astmelise pingekõvera, mille kuju on ligikaudne siinuslainele, mille periood on pool väljundpinge perioodist. Seejärel teisendab LF-sillaahel unipolaarse sammukõvera kaheks pooleks bipolaarsest kõverast, mis sarnaneb ligikaudu siinuslainega.

Pingemuundurites, mille väljund on sinusoidse (või peaaegu siinusekujulise) kujuga, genereerib kõrgsageduslik eelmuundur konstantse pinge, mis on amplituudilt lähedane tulevasele sinusoidaalsele väljundile.

Seejärel moodustab sillaahel konstantsest pingest madala sagedusega muutuja mitme PWM-i abil, kui iga transistoride paar väljundi siinuslaine moodustamise igal pooltsüklil avatakse mitu korda aja jooksul, mis varieerub vastavalt harmoonilisele seadusele. . Seejärel eraldab madalpääsfilter saadud lainekujust siinuse.

Kõrgsageduslikud eelkonversiooniahelad inverterites

Inverterite kõige lihtsamad kõrgsageduslikud eelkonversiooniahelad on isegenereerivad. Need on tehniliselt üsna lihtsad ja on väikese võimsusega (kuni 10-20 W) üsna tõhusad, et varustada koormusi, mis ei ole toiteallika protsessi jaoks kriitilised. Ostsillaatorite sagedus ei ületa 10 kHz.

Positiivne tagasiside sellistes seadmetes saadakse trafo magnetahela küllastamisega. Kuid võimsate inverterite puhul pole sellised skeemid vastuvõetavad, kuna lülitite kaod suurenevad ja efektiivsus on lõpuks madal.Samuti katkestab igasugune lühis väljundis isevõnkumised.

Esialgsete kõrgsagedusmuundurite paremad ahelad on PWM-kontrollerite flyback (kuni 150 W), push-pull (kuni 500 W), poolsild ja sild (üle 500 W) ahelad, kus muundamise sagedus ulatub sadadesse. kilohertsi kohta.

Inverterite tüübid, töörežiimid

Ühefaasilised pingeinverterid jagunevad kahte rühma: puhta siinuslainega väljundis ja modifitseeritud siinuslainega Enamik kaasaegseid seadmeid võimaldavad võrgusignaali lihtsustatud vormi (modifitseeritud siinuslaine).

Puhas siinus on oluline seadmete puhul, mille sisendis on elektrimootor või trafo või kui tegemist on spetsiaalse seadmega, mis töötab ainult puhta siinuslainega sisendis.

Kolmefaasilisi invertereid kasutatakse tavaliselt elektrimootorite kolmefaasilise voolu tekitamiseks, näiteks toiteallikaks kolmefaasiline asünkroonmootor… Sel juhul ühendatakse mootori mähised otse muunduri väljundiga. Võimsuse osas valitakse inverter selle tippväärtuse põhjal kasutaja jaoks.

Üldiselt on inverteril kolm töörežiimi: käivitamine, pidev ja ülekoormus. Käivitusrežiimis (võimsuse laadimine, külmiku käivitamine) võib võimsus kahekordistada inverteri reitingut sekundi murdosaga, see on enamiku mudelite puhul vastuvõetav. Pidev režiim - vastab muunduri nimiväärtusele. Ülekoormusrežiim — kui kasutaja võimsus on 1,3 korda suurem nimivõimsusest — selles režiimis võib keskmine inverter töötada umbes pool tundi.