Gerilim inverteri nedir, nasıl çalışır, inverter kullanımı

Doğru akımı alternatif akıma dönüştürmek için inverter adı verilen özel elektronik güç kaynakları kullanılır. Çoğu zaman, bir invertör, bir büyüklükteki bir DC voltajını başka bir büyüklükteki bir AC voltajına dönüştürür.

Bu nedenle, inverter, periyodik olarak değişen voltaj üreteci iken, voltaj dalga formu sinüzoidal, sinüzoidal yakın veya darbeli olabilir... İnvertörler, hem bağımsız cihazlar olarak hem de kesintisiz güç kaynağı sistemlerinin (UPS) bir parçası olarak kullanılır.

Kesintisiz güç kaynaklarının (UPS) bir parçası olarak, inverterler, örneğin bilgisayar sistemlerine sürekli güç alınmasına izin verir ve ağdaki voltaj aniden kaybolursa, inverter hemen yedek pilden elde edilen enerjiyi bilgisayara sağlamaya başlar. En azından kullanıcının bilgisayarı kapatıp kapatmak için zamanı olacaktır.

Daha büyük kesintisiz güç kaynakları, tüketicilere şebekeden bağımsız olarak saatlerce bağımsız olarak güç sağlayabilen büyük kapasiteli pillere sahip daha güçlü invertörler kullanır ve şebeke normale döndüğünde UPS otomatik olarak tüketicileri doğrudan şebekeye bağlar ve aküler şarj olmaya başlar.

teknik taraf

Modern elektrik dönüştürme teknolojilerinde, evirici yalnızca, işlevinin voltajı yüksek frekanslı bir dönüşümle (onlarca ve yüzlerce kilohertz) dönüştürmek olduğu bir ara birim olarak hareket edebilir. Neyse ki, bugün bu sorun kolayca çözülebilir, çünkü invertörlerin geliştirilmesi ve tasarımı için hem yüzlerce amperlik akımlara dayanabilen yarı iletken anahtarlar, gerekli parametrelere sahip manyetik çekirdekler hem de invertörler için özel olarak tasarlanmış elektronik mikro denetleyiciler (rezonans dahil) mevcuttur.

Diğer güç cihazlarının yanı sıra invertörler için gereksinimler şunları içerir: yüksek verimlilik, güvenilirlik, mümkün olan en küçük boyutlar ve ağırlık. İnvertörün giriş geriliminde izin verilen daha yüksek harmonik seviyesine dayanması ve kullanıcılar için kabul edilemez derecede yüksek darbe gürültüsü oluşturmaması da gereklidir.

Doğrudan genel şebekeye elektrik sağlamak için "yeşil" elektrik kaynaklarına (güneş panelleri, rüzgar değirmenleri) sahip sistemlerde, endüstriyel şebeke ile senkronize çalışabilen Grid-tie invertörler kullanılır.

Gerilim inverterinin çalışması sırasında sabit gerilim kaynağı yük devresine periyodik olarak değişken polarite ile bağlanırken, bağlantıların frekansı ve süreleri kontrolörden gelen bir kontrol sinyali ile oluşturulur.

Eviricideki kontrolör genellikle birkaç işlevi yerine getirir: çıkış voltajını düzenlemek, yarı iletken anahtarların çalışmasını senkronize etmek, devreyi aşırı yüklenmeden korumak. Genel olarak invertörler, bağımsız invertörler (akım ve gerilim invertörleri) ve bağımlı invertörler (şebeke tahrikli, şebeke tahrikli, vb.)

İnvertör devresi

Eviricinin yarı iletken anahtarları kontrolör tarafından kontrol edilir ve ters şönt diyotlara sahiptir. Sürücünün çıkış voltajı, yükün mevcut gücüne bağlı olarak, en basit durumda, yüksek frekans dönüştürücüdeki darbe genişliği otomatik olarak değiştirilerek ayarlanır. PWM (Darbe Genişliği Modülasyonu).

Çıkış düşük frekans voltajının yarım dalgaları simetrik olmalıdır, böylece yük devreleri hiçbir durumda önemli bir sabit bileşen almaz (bu özellikle transformatörler için tehlikelidir), bunun için LF bloğunun darbe genişliği (içinde en basit durum) sabit yapılır.

Eviricinin çıkış anahtarlarının kontrolünde, güç devresinin yapılarında sıralı bir değişiklik sağlayan bir algoritma kullanılır: doğrudan, kısa devre, ters.

Öyle ya da böyle, invertörün çıkışındaki anlık yük güç değeri, çift frekanslı dalgaların karakterine sahiptir, bu nedenle birincil kaynak, içinden dalgalanma akımları aktığında böyle bir çalışma moduna izin vermeli ve karşılık gelen bir parazit seviyesine dayanmalıdır. (sürücü girişinde).

İlk invertörler tamamen mekanik olsaydı, bugün yarı iletken invertör devreleri için birçok seçenek vardır ve yalnızca üç tipik şema vardır: trafosuz bir köprü, trafonun sıfır terminali ile bir itme, trafolu bir köprü.

Trafosuz köprü devresi 500 VA kesintisiz güç kaynaklarında ve otomotiv invertörlerinde bulunur. Transformatörün nötr terminali ile sürgülü devre, yedek akü voltajının 12 veya 24 volt olduğu, 500 VA'ya kadar kapasiteli düşük güçlü UPS'lerde (bilgisayarlar için) kullanılır. Transformatörlü köprü devresi, güçlü kesintisiz güç kaynağı kaynaklarında kullanılır (birimler ve onlarca kVA için).

Çıkış gerilimi dalga formu

Dikdörtgen gerilimli eviricilerde, yük boyunca alternatif bir gerilim üretmek ve devrede kontrollü bir sirkülasyon modu sağlamak için çıkışta bir grup ters diyot anahtarı anahtarlanır. reaktif enerji.

Aşağıdakiler, çıkış voltajının orantılılığından sorumludur: kontrol darbelerinin göreli süresi veya anahtar grupların kontrol sinyalleri arasındaki faz kayması. Kontrolsüz reaktif güç sirkülasyonu modunda, kullanıcı sürücü çıkış voltajının şeklini ve büyüklüğünü etkiler.

Kademeli çıkışlı gerilim invertörlerinde, yüksek frekanslı ön dönüştürücü, periyodu çıkış geriliminin periyodunun yarısı olan bir sinüs dalgasına yaklaşık olarak yaklaşan tek kutuplu bir kademeli gerilim eğrisi oluşturur. LF köprü devresi daha sonra tek kutuplu adım eğrisini kabaca bir sinüs dalgasına benzeyen iki kutuplu bir eğrinin iki yarısına dönüştürür.

Çıkışın sinüzoidal (veya sinüse yakın) şekline sahip gerilim invertörlerinde, yüksek frekanslı ön dönüştürücü, genlik olarak gelecekteki sinüzoidal çıkışa yakın sabit bir gerilim üretir.

Köprü devresi daha sonra, çıkış sinüs dalgasını oluşturan her yarım döngüdeki her bir transistör çifti, harmonik yasasına göre değişen bir süre boyunca birkaç kez açıldığında, çoklu PWM'ler aracılığıyla sabit bir voltajdan düşük frekanslı bir değişken oluşturur. . Alçak geçiren bir filtre daha sonra ortaya çıkan dalga biçiminden bir sinüs çıkarır.

Eviricilerde HF ön dönüştürme devreleri

Eviricilerdeki en basit yüksek frekanslı ön dönüşüm devreleri kendi kendini üretir. Teknik uygulama açısından oldukça basittirler ve güç kaynağı işlemi için kritik olmayan yükleri beslemek için düşük güçlerde (10-20 W'a kadar) oldukça verimlidirler. Osilatörlerin frekansı 10 kHz'den fazla değildir.

Bu tür cihazlarda pozitif geri besleme, transformatörün manyetik devresini doyurarak elde edilir. Ancak güçlü invertörler için, anahtarlardaki kayıplar arttığından ve sonuçta verimlilik düşük olduğundan, bu tür şemalar kabul edilemez.Ayrıca çıkıştaki herhangi bir kısa devre kendi kendine salınımları keser.

İlk yüksek frekans dönüştürücülerin daha iyi devreleri, dönüştürme frekansının yüzlerce kişiye ulaştığı geri dönüş (150 W'a kadar), itme-çekme (500 W'a kadar), yarım köprü ve köprü (500 W'tan fazla) PWM denetleyicileridir. kilohertz.

İnvertör tipleri, çalışma modları

Tek fazlı gerilim invertörleri iki gruba ayrılır: çıkışta saf sinüs dalgası ve değiştirilmiş sinüs dalgası ile Çoğu modern cihaz, basitleştirilmiş bir ağ sinyali biçimine (modifiye sinüs dalgası) izin verir.

Girişinde elektrik motoru veya trafo bulunan cihazlarda veya girişte sadece saf sinüs dalgası ile çalışan özel bir cihazsa saf sinüs dalgası önemlidir.

Üç fazlı invertörler genellikle elektrik motorları için, örneğin güç kaynağı için üç fazlı akım üretmek için kullanılır. üç fazlı asenkron motor… Bu durumda motor sargıları doğrudan sürücü çıkışına bağlanır. Güç açısından inverter, kullanıcı için tepe değerine göre seçilir.

Genel olarak, sürücünün üç çalışma modu vardır: başlatma, sürekli ve aşırı yük. Başlatma modunda (kapasiteyi doldurma, buzdolabını çalıştırma) güç, invertörün derecesini saniyenin çok altında ikiye katlayabilir, bu çoğu model için kabul edilebilir. Sürekli mod - inverterin anma değerine karşılık gelir. Aşırı yük modu — kullanıcının gücü nominal gücün 1,3 katı olduğunda — bu modda ortalama bir invertör yaklaşık yarım saat çalışabilir.