Mikä on jänniteinvertteri, miten se toimii, invertterin käyttö

Erityisiä elektronisia teholähteitä, joita kutsutaan inverttereiksi, käytetään muuntamaan tasavirta vaihtovirraksi. Useimmiten invertteri muuntaa yhden suuruisen tasajännitteen toisen suuruiseksi AC-jännitteeksi.

Siksi invertteri on jaksottaisesti muuttuvan jännitteen generaattori, kun taas jänniteaaltomuoto voi olla sinimuotoinen, lähes sinimuotoinen tai pulssimainen... Invertteriä käytetään sekä itsenäisinä laitteina että osana UPS-järjestelmää.

Osana UPS (Uninterruptible Power sources) invertterit mahdollistavat esimerkiksi jatkuvan virran vastaanottamisen tietokonejärjestelmiin, ja jos jännite yhtäkkiä katoaa verkosta, invertteri alkaa välittömästi syöttää tietokoneeseen vara-akusta saatavaa energiaa. Ainakin käyttäjällä on aikaa sammuttaa ja sammuttaa tietokone.

Suuremmat keskeytymättömät virtalähteet käyttävät tehokkaampia inverttereitä suurikapasiteettisilla akuilla, jotka voivat antaa kuluttajille virtaa itsenäisesti tuntikausia verkosta riippumatta, ja kun verkko palautuu normaaliksi, UPS kytkee kuluttajat automaattisesti suoraan verkkovirtaan ja akut alkavat latautua.

Tekninen puoli

Nykyaikaisissa sähkön muunnosteknologioissa vaihtosuuntaaja voi toimia vain väliyksikönä, jossa sen tehtävänä on muuntaa jännitettä korkeataajuisella muunnolla (kymmeniä ja satoja kilohertsejä). Onneksi nykyään tämä ongelma voidaan ratkaista helposti, koska invertterien kehittämiseen ja suunnitteluun on saatavilla sekä puolijohdekytkimiä, jotka kestävät satojen ampeerien virtoja, magneettisydämiä tarvittavilla parametreilla ja elektronisia mikrokontrollereita, jotka on erityisesti suunniteltu inverttereille (mukaan lukien resonanssi).

Inverttereille, kuten myös muille teholaitteille asetettuja vaatimuksia ovat korkea hyötysuhde, luotettavuus, mahdollisimman pienet mitat ja paino. Taajuusmuuttajan on myös kestettävä tulojännitteen korkeampien harmonisten sallittu taso eikä aiheuta käyttäjille liian voimakasta impulssikohinaa.

Järjestelmissä, joissa on "vihreitä" sähkönlähteitä (aurinkopaneelit, tuulimyllyt) sähkön syöttämiseksi suoraan yleiseen verkkoon, käytetään Grid-tie-inverttereitä, jotka voivat toimia synkronisesti teollisuusverkon kanssa.

Jänniteinvertterin toiminnan aikana vakiojännitelähde on ajoittain kytketty kuormituspiiriin vaihtelevalla polariteetilla, kun taas kytkentöjen taajuuden ja keston muodostaa säätimeltä tuleva ohjaussignaali.

Invertterin ohjain suorittaa yleensä useita toimintoja: lähtöjännitteen säätö, puolijohdekytkimien toiminnan synkronointi, piirin suojaaminen ylikuormitukselta. Yleensä invertterit jaetaan: itsenäisiin invertteriin (virta- ja jänniteinvertterit) ja riippuvaisiin invertteriin (verkkokäyttöisiin, verkkokäyttöisiin jne.)

Invertterin piiri

Invertterin puolijohdekytkimiä ohjaa säädin ja niissä on käänteiset shunttidiodit. Taajuusmuuttajan lähtöjännite, riippuen kuorman nykyisestä tehosta, säädetään automaattisesti muuttamalla pulssin leveyttä suurtaajuusmuuttajassa, yksinkertaisimmassa tapauksessa PWM (pulssin leveysmodulaatio).

Lähtömatataajuisen jännitteen puoliaaltojen tulee olla symmetrisiä, jotta kuormituspiirit eivät missään tapauksessa saa merkittävää vakiokomponenttia (muuntajille tämä on erityisen vaarallista), tätä varten LF-lohkon pulssin leveys ( yksinkertaisin tapaus) tehdään vakioksi .

Invertterin lähtökytkimien ohjauksessa käytetään algoritmia, joka varmistaa peräkkäisen muutoksen tehopiirin rakenteissa: suora, oikosulku, taaksepäin.

Tavalla tai toisella invertterin lähdössä oleva hetkellinen kuormitustehon arvo on luonteeltaan kaksitaajuisia aaltoja, joten ensisijaisen lähteen on sallittava tällainen toimintatila, kun aaltoiluvirta kulkee sen läpi ja kestettävä vastaavaa häiriötasoa. (invertterin tulossa).

Jos ensimmäiset invertterit olivat yksinomaan mekaanisia, nykyään puolijohdeinvertteripiireille on monia vaihtoehtoja ja tyypillisiä kaavioita on vain kolme: silta ilman muuntajaa, työntö muuntajan nollaliittimellä, silta muuntajalla.

Muuntajaton siltapiiri löytyy 500 VA:n keskeytymättömästä teholähteestä ja autojen inverttereistä. Liukupiiriä muuntajan nollaliittimellä käytetään pienitehoisissa UPS:issä (tietokoneille), joiden kapasiteetti on enintään 500 VA, jossa vara-akun jännite on 12 tai 24 volttia. Muuntajalla varustettua siltapiiriä käytetään voimakkaissa keskeytymättömän virransyötön lähteissä (yksiköille ja kymmenille kVA).

Lähtöjännitteen aaltomuoto

Suorakaiteen muotoisissa jänniteinverttereissä ryhmä käänteisiä diodikytkimiä kytketään lähdössä vaihtojännitteen tuottamiseksi kuorman yli ja ohjatun kiertotilan aikaansaamiseksi piirissä. reaktiivista energiaa.

Lähtöjännitteen suhteellisuudesta vastaavat: ohjauspulssien suhteellinen kesto tai avainryhmien ohjaussignaalien välinen vaihesiirto. Ohjaamattomassa loistehokiertotilassa käyttäjä vaikuttaa invertterin lähtöjännitteen muotoon ja suuruuteen.

Jänniteinverttereissä, joissa on porrasmainen lähtö, suurtaajuinen esimuunnin muodostaa unipolaarisen porrasjännitekäyrän, joka on likimäärin muodoltaan siniaaltoa, jonka jakso on puolet lähtöjännitteen jaksosta. LF-siltapiiri muuntaa sitten unipolaarisen askelkäyrän kaksinapaisen käyrän kahdeksi puolikkaaksi, joka muistuttaa karkeasti siniaaltoa.

Jänniteinverttereissä, joiden lähdön muoto on sinimuotoinen (tai lähes sinimuotoinen), suurtaajuinen esimuunnin tuottaa vakiojännitteen, joka on amplitudiltaan lähellä tulevaa sinimuotoista lähtöä.

Siltapiiri muodostaa sitten matalataajuisen muuttujan vakiojännitteestä useiden PWM:ien avulla, kun jokainen transistoripari jokaisessa lähtösiniaallon muodostamisen puolijaksossa avataan useita kertoja harmonisen lain mukaan vaihtelevaksi ajaksi. . Alipäästösuodatin erottaa sitten sinin tuloksena olevasta aaltomuodosta.

HF esimuunnospiirit inverttereissä

Inverttereiden yksinkertaisimmat suurtaajuiset esimuunnospiirit ovat itsetuotettavia. Ne ovat teknisesti melko yksinkertaisia ​​ja ovat melko tehokkaita pienillä tehoilla (jopa 10-20 W) syöttämään kuormia, jotka eivät ole kriittisiä virransyöttöprosessin kannalta. Oskillaattorien taajuus on enintään 10 kHz.

Positiivinen takaisinkytkentä tällaisissa laitteissa saadaan kyllästämällä muuntajan magneettipiiri. Mutta tehokkaille inverttereille tällaiset järjestelmät eivät ole hyväksyttäviä, koska kytkimien häviöt kasvavat ja hyötysuhde on lopulta alhainen.Myös mahdollinen oikosulku lähdössä katkaisee itsevärähtelyt.

Alustavien suurtaajuusmuuntajien parempia piirejä ovat flyback (150 W asti), push-pull (jopa 500 W), half-bridge ja silta (yli 500 W) PWM-säätimistä, joissa muunnostaajuus saavuttaa satoja kilohertsistä.

Invertterityypit, toimintatavat

Yksivaiheiset jänniteinvertterit on jaettu kahteen ryhmään: puhtaalla siniaalolla lähdössä ja modifioidulla siniaalto.Useimmat nykyaikaiset laitteet mahdollistavat yksinkertaistetun muodon verkkosignaalista (modifioitu siniaalto).

Puhdas siniaalto on tärkeä laitteille, joiden sisääntulossa on sähkömoottori tai muuntaja, tai jos kyseessä on erikoislaite, joka toimii vain puhtaalla siniaalolla tulossa.

Kolmivaiheisia inverttereitä käytetään yleensä tuottamaan kolmivaihevirtaa sähkömoottoreille, esimerkiksi virransyöttöön kolmivaiheinen asynkroninen moottori… Tässä tapauksessa moottorin käämit on kytketty suoraan invertterin lähtöön. Tehon suhteen invertteri valitaan sen käyttäjän kannalta huippuarvon perusteella.

Yleensä invertterillä on kolme toimintatapaa: käynnistys, jatkuva ja ylikuormitus. Käynnistystilassa (kapasiteetin lataus, jääkaapin käynnistäminen) teho voi kaksinkertaistaa invertterin tehon sekunnin murto-osassa, tämä on hyväksyttävää useimmissa malleissa. Jatkuva tila - vastaa taajuusmuuttajan nimellisarvoa. Ylikuormitustila – kun käyttäjän teho on 1,3 kertaa nimellisteho – tässä tilassa keskimääräinen invertteri voi toimia noin puoli tuntia.