Принцип работы преобразователя напряжения. Принцип работы преобразователей напряжения: устройство и особенности — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работают преобразователи напряжения. Какие бывают типы преобразователей. Чем отличаются линейные и импульсные источники питания. Как устроены основные схемы преобразователей.

Содержание

Основные типы преобразователей электрической энергии

Существует три основных типа устройств для преобразования электрической энергии:

Преобразователи переменного тока в постоянный (AC/DC)
Преобразователи постоянного тока в постоянный (DC/DC)
Инверторы постоянного тока в переменный (DC/AC)

Наиболее распространены AC/DC и DC/DC преобразователи. Они являются ключевыми компонентами, влияющими на надежность и производительность электронных устройств.

Принцип работы линейного источника питания

Линейный источник питания преобразует переменное напряжение сети в постоянное напряжение для питания электронных устройств. Основные этапы преобразования:

Понижение входного напряжения трансформатором
Выпрямление переменного тока в постоянный
Сглаживание пульсаций выходного напряжения фильтром

Стабилизация выходного напряжения регулятором
Гальваническая развязка входа и выхода

Сравнение линейных и импульсных источников питания

Основные отличия импульсных источников от линейных:

Более высокий КПД (до 90% против 50-60%)
Меньшие габариты и вес при той же мощности
Более высокий уровень пульсаций выходного напряжения
Более широкий диапазон входных напряжений
Более сложная схемотехника

Принцип работы импульсного преобразователя напряжения

Импульсный преобразователь работает за счет быстрого переключения транзисторного ключа. Основные этапы преобразования:

Выпрямление входного переменного напряжения
Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты
Трансформация напряжения высокочастотным трансформатором
Выпрямление высокочастотного напряжения
Сглаживание выходного напряжения LC-фильтром

Основные схемы импульсных преобразователей

Наиболее распространенные схемы импульсных преобразователей:

Обратноходовой (flyback) преобразователь
Прямоходовой (forward) преобразователь
Двухтактный преобразователь
Мостовой преобразователь
Резонансный преобразователь

Понижающий и повышающий преобразователи

Понижающий преобразователь (buck converter) уменьшает входное напряжение до более низкого уровня. Повышающий преобразователь (boost converter) увеличивает входное напряжение. Они используются для регулирования напряжения в диапазоне до 1000 Вт.

Коррекция коэффициента мощности

Корректор коэффициента мощности (PFC) в импульсных источниках питания позволяет приблизить форму потребляемого тока к синусоидальной. Это снижает уровень гармоник, потребляемых из сети, и повышает эффективность использования электроэнергии.

Преимущества современных импульсных преобразователей

Основные достоинства импульсных преобразователей напряжения:

Высокий КПД (до 95%)
Малые габариты и вес
Широкий диапазон входных напряжений
Низкий уровень электромагнитных помех
Высокая надежность
Возможность параллельной работы для наращивания мощности

Применение преобразователей напряжения

Преобразователи напряжения широко используются в различных областях:

Бытовая и компьютерная техника
Промышленная автоматика
Телекоммуникационное оборудование
Медицинская техника
Системы электропитания транспорта
Возобновляемая энергетика
Военная и аэрокосмическая техника

Выбор преобразователя напряжения

При выборе преобразователя напряжения необходимо учитывать следующие факторы:

Диапазон входных и выходных напряжений
Требуемая выходная мощность

КПД преобразователя
Уровень пульсаций выходного напряжения
Диапазон рабочих температур
Требования по электромагнитной совместимости
Габариты и способ монтажа

Перспективы развития преобразователей напряжения

Основные тенденции в развитии преобразователей напряжения:

Повышение рабочих частот до мегагерцового диапазона
Применение новых магнитных материалов
Использование карбид-кремниевых и нитрид-галлиевых транзисторов
Развитие цифровых систем управления
Интеграция преобразователей в микросхемы
Повышение удельной мощности

Принцип работы инвертора напряжения

Резервное электроснабжение >> Полезная информация >> Статьи >> Принцип работы инвер…

Инвертор напряжения (ИН, DC/AC converter) предназначен для преобразования электрической энергии, получаемой от источника постоянного тока в электрическую энергию переменного тока.

Эта технология применяется в различных сферах. Преобразователи работают как автономно, так и в составе сложных систем, предназначенных для обеспечения электрической энергией различных объектов. Востребованность инверторов связана с развитием технологий и появлением риска потери ценных данных и остановки оборудования при отключении питания.

В этой статье мы рассмотрим принцип работы инвертора напряжения с чистым синусом и отметим преимущества данной технологии. Вы узнаете об отличительных особенностях эксплуатации преобразователей от ведущих производителей.

Как работает инвертор напряжения с «чистым синусом»

Принцип работы такого инвертора напряжения выглядит следующим образом.

1. В результате предварительного преобразования формируется напряжение постоянного тока, близкое по значению к выходному синусоидальному напряжению. После этого энергия направляется на мостовой инвертор.

2. На мостовом ИН происходит преобразование постоянного напряжения в переменное. Его форма приближена к синусоидальной. Нужные характеристики достигаются за счет применения специального принципа управления транзисторами (многократной широтно-импульсной коммутации).

Принцип этой технологии заключается в следующем. На интервале каждого полупериода соответствующая пара транзисторов мостового ИН многократно коммутируется на высокой частоте. Длительность подачи импульсов варьируется по синусоидальному закону.

3. Высокочастотный фильтр нижних частот придает напряжению точную синусоидальную форму («чистый синус»).
Кроме описанной выше схемы существуют и другие принципы построения и работы инверторов.

Такое оборудование применяют реже, т. к. устройства имеют существенные недостатки по сравнению с инверторами с «чистым синусом».

Преимущества применения инверторов с «чистым синусом»

Начнем с того, что многие современные аппараты оснащают импульсными блоками питания. Для них форма напряжения не имеет значения. Присутствующие на рынке телевизоры, магнитофоны, зарядные устройства и некоторые другие виды техники будут одинаково хорошо работать при подключении к любому инвертору. На режим работы оборудования повлияет только действующее значение напряжения.

Однако существует большая группа приборов, которая либо совсем не будет работать при подключении к инвертору с прямоугольной/ступенчатой формой напряжения, либо будет работать, но при этом ухудшатся эксплуатационные характеристики и сократится срок службы. Некоторые виды техники могут в скором времени выйти из строя. В эту группу оборудования входят приборы с трансформаторными БП, некоторые LCD-телевизоры, синхронные электродвигатели, насосы и газовые котлы, применяемые в системах отопления, кондиционеры и другие используемые в промышленности и быту агрегаты.

Вывод: преобразователи напряжения с «чистым синусом» универсальны. Режим работы любого устройства, подключенного к такому инвертору, будет правильным и стабильным.

Особенности оборудования ведущих производителей

Основные лидеры рынка — Victron Energy и Out Back Power. Инверторы этих концернов распространены по всему миру и находят применение в различных сферах.

Работа инверторов обеспечивает резервное электроснабжение:

загородных домов;
фермерских хозяйств;
банков;
медицинских учреждений;
передвижных лабораторий;
транспортных средств;
технических помещений;
промышленных предприятий;
коммерческих зданий и других объектов различного назначения.

Инверторные установки Victron Energy имеют ряд преимуществ:

Надежность. Концерны применяют передовые технологии в процессе производства оборудования. Инверторы устойчивы к двукратным перегрузкам.
Долговечность. Техника служит десятки лет.
Простота введения в эксплуатацию. Подключение агрегатов происходит без каких-либо проблем.
Удобство. Инверторы запускаются в автоматическом режиме. Работа не сопровождается образованием выхлопных газов. Устройства практически бесшумны.

Большой набор полезных функций. При необходимости вы сможете добавить мощность к сети или генератору или подключить инверторы к альтернативным источникам энергии.

1 декабря 2016

ПредыдущаяСледующая

Все статьи

Принцип работы преобразователя частоты

Компания

8 800 555-70-30

Единый колл-центр

C 8:00 до 17:00 мск.

[email protected]

Скачать презентациюСмотреть фильм

RU-DRIVE сегодня
- Клиенты
- Партнеры
- Отзывы
- Поставщикам
- Документация
Пресс центр
- Новости
- Статьи
Команда RU-DRIVE
- Работа в компании
- j-GET — школа роботехники
Миссия и ценности RU-DRIVE
Реализованные проекты
Политика конфиденциальности

Продукты и решения

Приводная техника
- Устройства плавного пуска
- Преобразователи частоты
Качество и надежность электроснабжения
- Cтатический тиристорный компенсатор реактивной мощности RU-DRIVE SVC (СТК)
- Динамический источник питания RU-DRIVE DOPS
- Низковольтные статические генераторы реактивной мощности 0,4 кВ
- Статические генераторы реактивной мощности (СТАТКОМ) 6-35 кВ
Промышленная автоматизация
- Комплексная автоматизация
- АСУ ТП газотурбинных установок
- Диспетчеризация и цифровизация
Испытательное оборудование
- Динамометры
- Стенды
- Вспомогательное оборудование
Интеграция промышленных роботов
- Промышленные роботы
- Применение роботизированных комплексов
- Позиционеры
- Подвижные платформы
- Сварочное оборудование
Металлообрабатывающее оборудование
- Гидравлические станции и гидроагрегаты
- Фрезерные станки
- Горизонтально-расточные станки
Автоматические линии
- Линии для пищевых производств
- Линии для металлургических производств
- Линии для машиностроения
Блок боксы
- Энергомодуль
- Блок-контейнер
- Блочно-модульное здание
- Блок-бокс UNIBOX

Услуги и сервис

8-800-700-9876 (доб. 2503)

Комплексное проектирование
Комплексная автоматизация производства
Разработка программного обеспечения
Модернизация металлорежущего оборудования
Диагностика оборудования
Техническое обслуживание станков с ЧПУ
Сервисное обслуживание

Отраслевые решения

ТЭЦ
Химическая промышленность
Пищевая промышленность
Металлургия
Нефтегазодобыча
Горная промышленность
Электростанции
Машиностроение
Альтернативная энергия
Котельные станции
ГЭС
Водоканалы
Нефтехимия

Контакты

Главная

► Компания

► Пресс-центр

► Статьи

► Принцип работы преобразователя частоты

06. 06.2018

Преобразователи частоты серии RU-DRIVE VFD реализованы по схеме многоуровневого инвертора напряжения с интегрированным многообмоточным фазосдвигающим трансформатором.

Первичная обмотка многообмоточного фазосдвигающего трансформатора сухого типа подключается непосредственно к трехфазной сети. Трансформатор осуществляет преобразование напряжение сети в систему трехфазных напряжений, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Номинальное напряжение вторичных обмоток трансформатора — 710В. Каждая вторичная обмотка трансформатора сдвинута по фазе и питает свою силовую ячейку.

Топология преобразователя частоты

Принцип формирования выходного напряжения

Выходное напряжение RU-DRIVE VFD формируется путем суммирования выходных напряжений силовых ячеек на основе IGBT-модулей низкого напряжения, соединенных друг с другом последовательно и равных по количеству для каждой фазы.

Количество используемых силовых ячеек определяется необходимым напряжением на выходе преобразователя частоты.

Номинальное напряжение ПЧ, кВ	Количество силовых ячеек на фазу
3	3
3,5	4
4,16	4
6	5
6,6	6
10	8
11	9
13,8	11

Векторная диаграмма формирования фазного и линейного напряжения на выходе
на примере преобразователя частоты на напряжение 6кВ

Влияние на питающую сеть

Использование входного силового многообмоточного фазосдвигающего трансформатора и многопульсной схемы выпрямления, позволяет реализовать гальваническую развязку силовых ячеек с питающей сетью и обеспечивает малые гармонические искажения входного тока и напряжения.

Каждая силовая ячейка представляет собой 6-импульсный неуправляемый диодный выпрямитель. Конфигурация преобразователя частоты серии RU-DRIVE VFD включает в себя от 3 до 11 последовательно соединенных силовых ячеек на фазу.

Таким образом расчетная конфигурация выпрямителя:

Количество силовых ячеек на фазу	Конфигурация выпрямителя (пульсность)
3	18
4	24
4	24
5	30
6	36
8	48
9	54
11	66

Величина коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и тока соответствует самым строгим требованиям стандарта IEEE519-1992 на содержание гармоник в силовых электрических системах.

Форма напряжения и тока на входе ПЧ, при 30-ти пульсной схеме выпрямления

Влияние выходного напряжения ПЧ на двигатель

Использование многоуровневой схемы формирования выходного напряжения позволяет:

Обеспечить низкий уровень выходных гармоник и практически синусоидальную форму выходного напряжения, без применения выходного фильтра.
Исключить нагрев двигателя, вызываемый гармоническими составляющими.
Снизить колебания крутящего момента на валу электродвигателя.
Обеспечить низкое значение dU/dt и малый шаг формирования кривой напряжения, и как следствие, малое воздействие на двигатель и изоляцию кабеля.
Формировать высокое напряжение на выходе преобразователя частоты без повышающего трансформатора.

Форма напряжения и тока на выходе ПЧ

Статьи
Все статьи
15. 01.2023
Испытательные стенды – назначение, виды и устройство испытательных стендов, требования к эксплуатации
Проведение испытаний позволяет подтвердить безопасность новой продукции и понять соответствуют ли она заявленным характеристикам. Проверке могут подвергаться составные элементы узлов, механизмов и агрегатов или система в собранном виде. В данном процессе используется испытательный стенд, который моделирует работу тестируемого объекта, регистрирует параметры работы и передает их в систему учета для постобработки.
22.04.2021
Повышение качества и надежности электроснабжения
Надежность электроснабжения — фактор, который помогает оптимизировать рабочие этапы, учитывая потребности современных технологических процессов и задаваемые критерии динамики производства. Из-за постоянного изменения требований к выпускаемой продукции, параметров оборудования важно знать, какие средства влияют на повышение надежности электроснабжения и как это поможет улучшить рабочие процессы организации.
Управляемая реактивная мощность может генерироваться импульсными преобразователями постоянного тока в переменный, которые переключаются синхронно с линейным напряжением, с которым происходит обмен реактивной мощностью. Импульсные преобразователи мощности состоят из массива полупроводниковых переключателей, которые соединяют входные клеммы с выходными клеммами. У него нет внутренней памяти, поэтому мгновенная входная и выходная мощность равны. Кроме того, входная и выходная клеммы дополняют друг друга, то есть, если вход заканчивается источником напряжения (заряженным конденсатором или батареей), выход является источником тока (что означает источник напряжения, имеющий индуктивный импеданс) и наоборот. Таким образом, преобразователь может быть источником напряжения (шунтируется конденсатором или батареей) или источником тока (шунтируется катушкой индуктивности).
Однолинейная схема базовой схемы преобразователя напряжения для выработки реактивной мощности представлена на рис. 15.6. Для напряжения шины потока реактивной мощности V и напряжения на клеммах преобразователя V ₀ совпадают по фазе.
Схема переключения способна регулировать V ₀ , выходное напряжение преобразователя. Для V ₀ < V, I отстает от V и Q , отбираемый от шины, является индуктивным, в то время как для V ₀ > V I опережает V, а Q , отбираемый от шины, является ведущим. Потребляемую реактивную мощность можно легко и плавно изменять, регулируя V ₀ путем изменения времени включения полупроводниковых переключателей. Следует отметить, что реактивное сопротивление рассеяния трансформатора довольно мало (0,1-0,15 о. е.), а это означает, что небольшая разница напряжения (V-V ₀ ) вызывает требуемый расход I и Q . Таким образом, преобразователь действует как статический синхронный конденсатор (или генератор реактивной мощности).
Типовая схема преобразователя показана на рис. 15.7. Это трехфазный двухуровневый шестиимпульсный Н-мост с диодом, встречно включенным к каждому из шести тиристоров (обычно используются GTO). Моменты запускающих импульсов синхронизированы с волнами напряжения на шине.
Поскольку преобразователь потребляет только реактивную мощность, реальная мощность, потребляемая конденсатором, равна нулю. Также при постоянном токе (нулевой частоте) конденсатор не дает реактивной мощности. Следовательно, напряжение на конденсаторе не изменяется, и конденсатор устанавливает только уровень напряжения для преобразователя. Переключение заставляет преобразователь соединять 3-фазные линии так, чтобы между ними мог протекать реактивный ток.
Преобразователь потребляет небольшое количество активной мощности для покрытия внутренних потерь (при переключении). Если требуется подать на шину реальное питание, конденсатор заменяют аккумуляторной батареей. Для этого необходимо изменить схему переключения, чтобы создать разность фаз δ между V ₀ и V, при этом V ₀ опережает V.
Объясненный выше преобразователь подключен параллельно с линией. На аналогичных линиях может быть построен преобразователь с клеммами, включенными последовательно с линией. Он должен нести линейный ток и обеспечивать подходящую величину (также может быть фазным) напряжения последовательно с линией. В таком соединении он будет действовать как модификатор импеданса линии.
Введение:
Каждый день мы сталкиваемся с самыми разнообразными электронными устройствами. Кроме того, существует множество контрольно-измерительных приборов, систем управления, коммуникационных устройств и любого количества различных электронных устройств или систем, находящихся на заднем плане общества в целом, от которых мы ежедневно зависим.
Независимо от типа электронного устройства, будь то потребительский продукт, такой как компьютеры, сотовые телефоны, игровые системы и более промышленные OEM-системы мониторинга и управления, все они имеют одно общее требование для их работы — надежность. и стабильный источник питания постоянного тока.
В настоящее время используются три типа устройств преобразования энергии: источник питания переменного тока в постоянный, преобразователь постоянного тока в постоянный и инвертор постоянного тока в переменный. Из этих трех наиболее часто используются источники питания переменного/постоянного тока и преобразователи постоянного/постоянного тока.
Будь то основной преобразователь переменного/постоянного тока или встроенный преобразователь постоянного/постоянного тока в более крупную распределенную систему питания, ни один другой отдельный компонент не оказывает прямого влияния на общую надежность и производительность системы так, как вездесущий источник питания.
Блок питания не только обеспечивает надежное питание устройства, но также должен соответствовать спецификациям по безопасности пользователя, излучению и средней наработке на отказ, а также требованиям к температуре окружающей среды системы.
Линейная по сравнению с линейной. Сравнение импульсных источников питания:
Различия между двумя топологиями силовых преобразователей очевидны. Импульсные источники питания приобрели популярность благодаря их высокому КПД и высокой удельной мощности. Ключевой характеристикой между ними является выходная пульсация. Из-за распространения высокочастотного прерывания, используемого в импульсном источнике питания, выходная пульсация обычно выше, чем у линейного источника, в диапазоне 100 мВ. Это может быть проблематично при требованиях к низкому уровню шума, таких как контрольно-измерительные приборы, но эти эффекты можно смягчить с помощью схемы фильтрации выходного сигнала. Импульсные источники также имеют более медленное время переходного процесса, чем линейные, но имеют гораздо более длительное время удержания выходного напряжения, что является важной характеристикой во многих компьютерных и контрольно-измерительных приложениях.
Импульсный источник питания имеет преимущество в более широком диапазоне входного напряжения, чем его линейный аналог. Линейный входной диапазон источника питания обычно составляет +/-10% и напрямую влияет на эффективность источника питания. При импульсном источнике размах входного напряжения практически не влияет на КПД, а диапазон входного напряжения обычно составляет 50-100% при использовании универсального или автоматического управления линией переключения.
Присущий коммутатору более широкий диапазон входного напряжения делает источник питания полезным в условиях пониженного напряжения. Кроме того, благодаря использованию автоматического переключателя или схемы управления универсальным входом импульсные источники питания больше не требуют механических импортных перемычек для автоматической адаптации к разнице входного сетевого напряжения по всему миру, что значительно упрощает их применение.
Прямой преобразователь:
Другая конфигурация переключения заполнения известна как прямой преобразователь. Хотя прямоходовой преобразователь имеет некоторое сходство с обратноходовым преобразователем, между ними есть некоторые ключевые отличия. Прямой преобразователь накапливает значительную энергию не в трансформаторе, а в выходной катушке индуктивности. Когда транзистор включается, выходное напряжение, генерируемое во вторичной обмотке, течет через диод в катушку индуктивности. Чем больше время включения ключа по сравнению со временем выключения, тем выше среднее вторичное напряжение и выше токовая нагрузка в разомкнутом состоянии.
Когда переключатель выключен, ток в катушке индуктивности не может измениться мгновенно. Из-за этого ток течет от элемента накопления энергии в течение обеих половин цикла переключения, в отличие от схемы обратного хода. Из-за этого прямоходовой преобразователь имеет более низкое выходное напряжение пульсаций, чем обратноходовая схема при том же уровне выходной мощности. Этот тип конфигурации используется для уровней мощности до 250 Вт.
Понижающий преобразователь: Понижающий преобразователь, показанный ниже, часто используется в импульсных источниках питания с выходной мощностью до 1000 Вт, работает как прямой преобразователь, и в схеме нет изоляции входа-выхода. Высокие входные напряжения постоянного тока регулируются до более низкого уровня широтно-импульсной модуляцией переключателя.
Повышающий регулятор: Аналогичная схема представляет собой повышающий регулятор, который работает как понижающий регулятор, за исключением того, что в этом случае выходное напряжение выше входного. Выходное напряжение равно входному напряжению плюс напряжение определяется переключающим элементом.
Полномостовые и полумостовые преобразователи: Другой часто используемой топологией являются полумостовые или полумостовые преобразователи, которые имеют разновидности прямого преобразователя. Единственная разница здесь заключается в том, что первичная обмотка трансформатора приводится в действие.
Коррекция коэффициента мощности: Эффекты коэффициента мощности сложны; по сути, коэффициент мощности системы переменного тока определяется как отношение реальной мощности, подаваемой на нагрузку, к полной мощности, обычно измеряемой как число от 0 до 1, часто выражаемое как процент рейтинга эффективности.
В электроэнергетической системе нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет больше тока, чем нагрузка с высоким коэффициентом мощности при том же количестве передаваемой полезной мощности. Эти более высокие токи увеличивают потери энергии в системах распределения электроэнергии и требуют более крупных проводов и оборудования, чтобы свести к минимуму их влияние. Из-за затрат, необходимых для дополнительного силового оборудования для замены потерянной энергии, электрические коммунальные предприятия обычно взимают более высокую плату с промышленных или коммерческих потребителей, где используется большая мощность из-за низкого рейтинга коэффициента мощности.