• РЕГИСТРАЦИЯ

Инвертор напряжения

0 378

С развитием альтернативных источников энергии, в частности с массовым внедрением солнечных панелей, инвертор напряжения находит все более широкое применение. Поскольку применяется как постоянный, так и переменный ток, то часто возникает необходимость в преобразовании энергии одного рода в другой. Устройства, преобразующие переменный ток в постоянный называются выпрямителями. В качестве выпрямителя чаще всего применяют диодный мост. А устройство, преобразующее постоянный ток в переменный называют инвертором.

По ряду положительный свойств большую популярность завоевал инвертор напряжения. Особенно широко он используется с целью преобразования электрической энергии постоянного тока аккумуляторной, солнечной батареи или суперконденсатор в переменное напряжение 230 В, 50 Гц для питания большинства промышленных устройств.

Принцип работы инвертора напряжения

Представим, что у нас имеется источник электрической энергии постоянного тока такой, как аккумулятор или гальванический элемент и потребитель (нагрузка), который работает только от переменного напряжения. Как преобразовать один вид энергии в другой? Решение было найдено довольно просто. Достаточно подключить аккумулятор к потребителю сначала одной полярностью, а затем через короткий промежуток отключить аккумулятор, а потом снова подключить, но уже обратной полярностью. И такие переключения повторять все время через равные промежутки времени. Если выполнять таких переключений 50 раз за секунду, то на потребитель будет подаваться переменное напряжение частотой 50 Гц. Роль переключателей чаще всего выполняют транзисторы или тиристоры, работающие в ключевом режиме.

На схеме, приведенной ниже, изображен источника питания Uип с клеммами 1-2 и потребитель RнLн, обладающий активно-индуктивным характером, с клеммами 3-4. В один момент времени потребитель клеммами 3-4 подключается к клеммам 1-2 Uип, при этом I от Uип протекает в направлении LнRн, а в следующий момент клеммы 3-4 изменяют свое положение и I протекает в противоположном направлении относительно потребителя электрической энергии.

Схема инвертора напряжения

Наиболее распространённая схема инвертора напряжения состоит из четырех IGBT транзисторов VT1…VT4, включенных по схеме моста, и четырех обратных диодов, обозначенных VD1…VD4, параллельно соединенных с управляемыми полупроводниковыми ключами во встречном направлении. Преобразователь питает активно-индуктивную нагрузку. Именно она является самой распространенной, поэтому была взята за основу.

Входные клеммы инвертора подключаются к Uип. Если таким источником служит диодный выпрямитель, то выход его обязательно шунтируется конденсатором C.

В силовой электронике наибольшее применение нашли транзисторы с изолированным затвором IGBT (именно они показаны на схеме) и GTO, IGCT тиристоры. При оперировании меньшими мощностями вне конкуренции полевые транзисторы MOSFET.

В момент времени t1 открываются VT1 и VT4, а VT2 и VT3 – закрыты. Образуется единственный путь для протекания тока через нагрузку: «+» Uип – VT1 – нагрузка RнLн – VT4 – «-» Uип. Таким образом, на интервале времени t1 ‑ t2 создается замкнутая цепь для протекания iн в соответствующем направлении.

Режим работы схемы

Для изменения направления iн снимаются управляющие импульсы с баз VT1 и VT4 и подаются сигналы на открытие второго и третьего VT2,3. В точке t2 на оси времени t, первый и четвертый VT1,4 закрыты, а второй и третий – открыты. Однако, поскольку нагрузка активно-индуктивная, то iн не может мгновенно изменить направление на противоположное. Этому будет препятствовать энергия, запасенная на индуктивности Lн. Поэтому он будет сохранять прежнее направление до тех пор, пока не рассеется все энергия, запасенная на индуктивности в виде магнитного поля, равная Wм = (Lн∙i2)/2.

В связи с этим, на отрезке времени t2 – t3 ток будет протекать через диоды VD2 и VD3, сохраняя прежнее направление на RнLн, но пройдет в обратном направлении через Uип или конденсатор C, если источником энергии является диодный выпрямитель. Поэтому следует обязательно установить конденсатор C, если преобразователь подключен к диодному выпрямителю. Иначе прервется путь протекания iн, в результате чего возникнут сильное перенапряжение, которое может повредить изоляцию потребителя и выведет из строя полупроводниковые приборы.

В момент времени t3 вся запасенная на индуктивности энергия снизится до нуля. Начиная с момента t3 до момента t4 под действием приложенного Uип через открытые полупроводниковые ключи VT2 и VT3 будет протекать iн через LнRн уже в другую сторону.

В точке t4, расположенной на оси времени t, снимается управляющий сигнал с VT1,3, а VT1 и VT4 открываются. Однако iн продолжает протекать в ту же сторону, пока не расходуется энергия, запасенная в индуктивности. Это будет происходить на интервале времени t4 – t5.

Работа схемы

Начиная с момента t5 iн изменить направление и потечет от Uип через LнRн по пути через VT1 и VT4. Далее все процессы, протекающие в электрической цепи, будут повторяться. На LнRн форма напряжения будет прямоугольной, но ток на активно-индуктивной нагрузке будет иметь пилообразную форму за счет наличия индуктивности, которая не позволяет ему мгновенно вырасти и снизиться. Если потребитель имеет чисто активный характер (индуктивность и емкость практически равны нулю), то формы iн и uн будет в виде прямоугольников.

Поскольку VT1…VT4 попарно открывались на всей протяженности соответствующих полупериодов, то на выходе преобразователя формировалось максимально возможное uн, поэтому через LнRн протекал iн максимальной величины. Однако часто требуется обеспечить плавное нарастание мощности на потребителе, например для постепенного увеличения яркости освещения или частоты вращения вала двигателя.

Следует пояснить, что сигналы, поступающие из системы управления СУ, подаются не сразу на базы полупроводниковых ключей, а посредством драйвера. Так как современные СУ построены на безе микроконтроллеров, которые выдают маломощные сигналы, не способные открыть IGBT, то для увеличения мощности открывающего импульса применяется промежуточное звено – драйвер. Кроме того на часто драйвер выполняет множество дополнительных функций – защищает транзистор от короткого замыкания, перегрева и т.п.

Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров

Самый простой способ изменить величину uн заключается в регулировании величины подводимого Uип, если такая возможность имеется. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электрической энергии как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея не имеют данной возможности. Поэтому регулировка частоты и величины выходного uн полностью возлагается на инвертор.

Для регулирования величины uн одну пару диагонально противоположных транзисторов следует открыть несколько ранее, чем в рассмотренном выше случае. Поэтому алгоритмом системы управления следует предусмотреть сдвигу управляющих сигналов. Например, подаваемых на открытие VT1 и VT4 относительно импульсов управления, подаваемых на базы VT2 и VT3, на некоторый угол, называемый углом управления α.

Обратите внимание, что амплитудное значение uн остается неизменной величины и приблизительно равно значению Uип, но действующее значение uн будет снижаться по мере увеличения угла управления α. Рассмотрим, как это работает.

На интервале времени от t1 до t2 открыта пара транзисторов VT1 и VT4; iн протекает справа налево, как показано на схеме. В момент t2 закрывается первый транзистор и открывается второй. Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает практически до нуля, соответственно снижается и iн.

Далее из системы управления поступает команда и VT2 открывается, а VT4 закрывается. Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току iн изменить свое направление, и он протекает по прежней цепи, только уже через диоды VD2 и VD3 встречно источнику питания. Длительность этого процесса продолжается до точки времени t4. В точке t4 под действием приложенного Uип iн изменяет знак на противоположный.

Широтно-импульсная модуляция

Такой алгоритм работы полупроводниковых ключей в отличие от предыдущего алгоритма формирует паузу определенной длительности, которая в конечном итоге приводит к снижению действующего значения uн. Для формирования iн синусоидальной формы применяется широтно-импульсная модуляция ШИМ. Преобразователь с ШИМ, а точнее алгоритм его работы, предусматривающий ШИМ, мы рассмотрим отдельно.

Также следует заметить, что рассмотренный алгоритм управления полупроводниковыми ключами называется широтно-импульсным регулированием ШИР, который часто путают с ШИМ, хотя разница огромная.

В преобразовательной технике ШИМ практически вытеснила ШИР, поскольку обладает рядом положительных свойств, благодаря которым повышается КПД всего устройства и снижается уровень электромагнитных помех. Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим инвертор напряжения с ШИМ.

Источник:https://diodov.net/invertor-na...

Читайте статью потом комментарии, имейте свою точку зрения.

Хорошо смеётся тот, кто смеётся последним

В "святые" для либералов 90-е над Россией смеялся весь западный мир, когда пьяный Ельцин дирижировал оркестром, экономика России катилась в пропасть, шла кровопролитная война в Чечне, м...

Сенсационные данные США по проживающим там уроженцам России

В середине прошлого года публиковал на АШ материал "Численность жителей США родом из России (реальность vs мульки либерды)." Это были официальные данные США по состоянию на 2017 год...

Союзное государство и Лукашенко

Я очень долго молчал по поводу того, что творит Лукашенко. Частично по старой памяти, потому что «Бацьку» в России и на Украине многие любят. Частично потому, что оставалась немалая надежд...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Загрузка...

    Немного о правильном паянии, о том, как, чем и на чём паять.

    !!!Внимание, данные инструкции основаны на личном опыте ремонта АНАЛОГОВЫХ ЭФФЕКТОВ. Т.е. в основном мапятся на обычные, не смд девайсы!!!!!!Паяние - на 30% правильные инструменты, и на 70% - опыт. Ну, во всяком случае мне так кажется. Постараюсь рассказать обо всем по порядку.Инструменты для паяния гитарных педалей в частности это:1. Припой - только хо...
    115

    Диалог с Фиолетовым. Любовь.

    Фиолетовый!- Расскажи что за чувство Любовь?- Это самое сильное чувство, когда каждый из вас готов отдать себя ради другого, неважно человек это или любая частица составляющая вашего Мира, вашей Природы, но всегда стоит учитывать одну из заповедей: «Беречь себя», в каждом из вас множество Миров, вы должны беречь их, заботится о них, но иногда приходится...
    119

    Тренажер машиниста электровоза

    Показано работу тренажера машиниста электровоз, собранного студентом в студенческие годы в комнате общежития. Здесь вы увидите порядок включения и выключения электровоза, смену кабины управления, маневровую и поездную работу. Все органы управления и измерительные приборы являются настоящими и взяты с электровоза ВЛ80. В том числе контроллер машиниста...
    61

    Диалог с Фиолетовым. Управление материей.

    - Фиолетовый! Скажи, как можно научится управлять материей?Фиолетовый спокойно улыбнулся, ответил:- Вы все обладаете силой, явной и не явной, ваши мысли это ваша сила, умение управлять ими позволяет достигнуть многого, когда вы увеличиваете свою физическую силу вы тренируетесь, в данном случае тоже самое. Каждый из вас может влиять на небольшие облака, ...
    1219

    Sony BP-HP550-11 Аккумулятор для наушников.

    Часто пользуюсь наушниками что бы не мешать окружающим своими вкусами.Несколько лет назад приобрёл себе наушники - sony mdr-rf811r Несколько лет уже ими пользуюсь, очень доволен.В последнее время стал аккумулятор быстро садится.Решил приобрести новый, минимальная цена 940 руб., и выше.Решил найти аналоги.Можно конечно купить обычные а...
    212

    Урок 11. Все способы соединения резисторов

    Соединение резисторов разными способами позволяет получить необходимую величину сопротивления и мощности рассеивания одного эквивалентного резистора. Всего существует три способы соединения резисторов – последовательное, параллельное и смешанное.Последовательное соединение резисторовПоследовательное соединение резисторов предполагает использование дву...
    348

    Урок 10. Маркировка резисторов всех типов.

    Маркировка резисторов наносится на его корпус в виде разных букв, цифр, знаков и цветных колец. Среди множества способов наибольшее распространение получила цветовая маркировка резисторов. Она наносится чаще всего в виде 4-х цветных колец; реже – 5 колец. Первые две или три цифры указывают значение числа (мантису), третье (или четверторе) кольцо – мно...
    242

    Урок 9. Переменный резистор.

    Резисторы часто применяются для плавного регулирования напряжения на нагрузке, например при регулировке уровня громкости динамика или яркости свечения лампы или светодиодов. Для этой цели используются переменный резистор. Он имеет три вывода. Два крайние вывода имеют постоянное значение сопротивления. Сопротивление между средним и одним из крайних выв...
    181

    Поиск короткого замыкания. Как найти КЗ на плате.

    В ролике используют бумагу для факса, для точного определения вышедшей из строя детали.Так же используют тепловизор для поиска разогретых участков.Некоторые используют для проверки параметров питания звук, то есть за место тестера, подключают аудиоустройство, и на слух определяют параметры. Слух должен быть идеальным в данном случае. Ко...
    418

    Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

    Регулировка яркости источников света применяется, для создания комфортной освещенности помещения или рабочего места. Регулировка яркости возможна устройство нескольких цепей, которые включаются отдельными выключателями. В таком случае вы получите ступенчатое изменение освещенности, а также отдельные светящиеся и выключенные лампы, что может вызвать неудобства.Стильные...
    6054

    Замена ТЭНа в стиральной машине: как провести ремонт, советы мастеров

    В наши дни стиральные машины присутствуют не только в каждом городском доме, они являются хорошими помощниками по хозяйству в селах и деревнях. Но где бы ни стоял такой агрегат, у него когда-нибудь случается поломка. Самая распространенная из них – это выход из строя ТЭНа. Рассмотрим, как провести подобный ремонт, и узнаем, что советуют профессионалы. ...
    306

    Урок 8. РЕЗИСТОР | СОПРОТИВЛЕНИЕ

    Резисторы относятся к наиболее простым, с точки зрения понимания и конструктивного исполнения, радиоэлектронным элементам. Однако при этом они занимают лидирующее место по применению в схемах различных электронных устройств. Поэтому очень важно научится применять их в практических целях, уметь самостоятельно рассчитать необходимые параметры и правильн...
    297

    Урок 7. ЗАКОН ОМА простыми словами с примерами

    Закон Ома – это главный закон электрика! Ни один расчет электрической схемы, какой бы сложной она не была, не обходится без него. Любая электрическая или электронная схема характеризуется всего тремя основными параметрами. Первый – это напряжение на сопротивлении нагрузки. Второй – это само сопротивление нагрузки. И третий параметр – это сила тока, пр...
    722

    Урок 6. Что такое НАПРЯЖЕНИЕ

    Напряжение является одним из главных параметров любой электрической цепи. Напряжение на участке может возникать только в том случае, когда через него протекает электрический ток. В этом случае происходит падение напряжение на каком-либо элементе цепи. Электродвижущая сила заставляет электроны двигаться в одном упорядоченном направлении, то есть образу...
    368

    Урок 5. Какая Скорость электрического тока

    Начинающий радиолюбитель или электронщик не всегда понимают разницу между электрическим током и скорость распространения электрического поля. Хотя, на первый взгляд, это не критично и с этим можно смириться, но чтобы заложить надежную базу для дальнейшего изучения электроники все же необходимо знать, как протекает электрический ток и его скорость.Элек...
    307

    Урок 4. Скрытые Свойства электрического тока

    Электрический ток, протекая через разные вещества, оказывает на них различные влияния. Существует три основных свойства электрического тока – нагрев, протекание химических реакций и образование магнитного поля. Зная перечисленные свойства можно определить наличие и измерить силу тока в электрической цепи. Химические реакции протекают в основном в разл...
    426

    Урок 3. Направление электрического тока

    Направление электрического тока принято считать от плюса к минусу генератора или источника питания, и принимается, что он протекает в металлических проводниках. Однако I образуется не только в проводниках, но и в газах и жидкостях. Атомы металлов связаны в прочную кристаллическую решетку, поэтому свободно перемещаться могут только свободные электроны;...
    317

    Урок 2. Электрический ток | ЭДС - электродвижущая сила

    Электрический ток является одним из основных процессов, протекающих в абсолютно любой электронной схеме (в электрической цепи). Изучение данного процесса позволит в дальнейшем гораздо проще понимать остальные процессы, присущие электрическим цепям.Для более глубокого понимания сущности электрического тока, рекомендую прежде ознакомиться с природой воз...
    571

    Урок 1. Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

    Электроника – это замечательная прикладная и теоретическая наука, которая с каждым днем набирает обороты, распространяется и внедряется во все отрасли. Изучение ее следует начинать с самых общих понятий и физических процессов. Знание которых, в дальнейшем упростит понимание принципов работы различных электронных приборов и устройств. И первое понятие,...
    719

    Что внутри транзистора? Зачем белый порошок?

    Транзистор очень интересный электронный прибор не смотря на свою примитивную конструкцию. А что же находится внутри транзистора? Чтобы это выяснить достаточно аккуратно спилить его корпус. Увиденное поможет закрепить понимание принципа работы транзистора. К тому же изучив устройство транзистора и увидев его на реальном примере поможет н...
    530
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика