Принцип работы инвертора напряжения: Что такое инверторы? | Интернет магазин электрооборудования и электротоваров в Украине — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Что такое инвертор напряжения: применение и схема управления

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется получить переменный ток путем преобразования постоянного тока. Для этих целей существует специальный прибор – инвертор напряжения, в котором находится встроенный микропроцессор, позволяющий автоматически выбрать необходимый режим работы, преобразованием напряжения в сети. Он может постоянное напряжение в 12 или 24 Вольт, которое производит аккумуляторная батарея, преобразовывать в стандартное 220 Вольт для работы большинства электроприборов. Таким образом, инвертор напряжения служит для приборов, использующих стандартную электросеть, бесперебойным источником питания.

Содержание

Определение инвертора напряжения

Инвертор напряжения, в том числе и сделанный своими руками — неотъемлемая часть различных генераторов, использующих энергию течения или падения воды, силу ветра или солнечное излучение. С помощью него все виды энергии могут преобразовываться в обыкновенные для бытовых приборов параметры напряжения в 220 вольт из напряжения 12В или из трёхфазного. Таким образом, данные приборы выполняют преобразование постоянного напряжения с одной величиной, в переменное напряжение с требуемой величиной.

По своей сути схема инвертора напряжения сама является генератором, с помощью которого можно подобрать и получить периодически изменяющееся напряжение. В отличие от стабилизаторов, выходные напряжения могут иметь синусоидальную, близкую к синусоидальной или импульсную формы. На практике эти устройства используются как самостоятельные устройства, или в качестве какой-то отдельной части в системах бесперебойного электроснабжения.

Пользу смогли оценить по достоинству обитатели регионов, которые испытали веерные отключения электроэнергии. Незаменим автономный инвертор напряжения в условиях стихийных бедствий. Очень важно его присутствие в медицинских и детских учреждениях, для безопасности банков, хранилищ, складов.

Применение инвертора на практике

Выбирая инвертор напряжения, следует помнить, что он поможет и освещение обеспечить при необходимости, и телевизор посмотреть, и даже чайник вскипятить. Для тех, кто вынужден длительное время проводить в дороге, автомобильный инвертор своими руками незаменимое устройство, позволяющее пользоваться обычными бытовыми приборами в поездках.

В большинстве случаев инверторы напряжения используются как запасные фазные источники электропитания. Если ток в розетке пропадает, приборы тут же начинают работать от аккумулятора в обычном режиме. Подача электроэнергии восстановилась — инвертор переходит к зарядке аккумулятора, при этом, не мешая приборам нормально работать от сети. При этом он беспрерывно контролирует ситуацию.

Особую популярность данные устройства приобрели при совместном использовании с компьютерными системами. В этом случае электроснабжение становится непрерывным, даже при внезапном исчезновении сетевого напряжения. В ход идет резервный аккумулятор, обеспечивающий корректное завершение работы и выключение компьютера.

Существуют большие источники бесперебойного питания АИН, оборудованные мощными инверторами с высокой емкостью аккумуляторов. Они способны подавать энергию потребителю в автономном режиме в течение нескольких часов. При возвращении сети в нормальный рабочий режим происходит автоматическое переключение потребителей на нормальное электроснабжение, а аккумуляторы переходят в режим зарядки.

Если же напряжение, которое выдает аккумулятор, падает ниже допустимого предела, в этом случае также начинается его подзарядка. При отсутствии такой возможности — просигнализирует о прекращении подачи электроэнергии и перейдёт в режим ожидания, до возобновления подачи электроэнергии.

Принцип работы инверторных устройств

Современные технологические схемы, связанные с преобразованиями электроэнергии, предполагают использование инверторов в качестве промежуточного звена совместно с другими устройствами. Их основной функцией является преобразование напряжения с высокой частотой трансформации, составляющей несколько десятков или даже сотен килогерц.

Подобная задача с технической точки зрения в настоящее время решается достаточно легко, поскольку принцип работы инверторов основан на полупроводниковых ключах, устойчивых к высоким токам. Специально для этих устройств были разработаны магнитопроводы с нужными параметрами и различные типы электронных микроконтроллеров.

Технические характеристики и физические свойства инверторов примерно такие же, как и у других компонентов, в том числе и силовых устройств. Они отличаются надежностью, высоким коэффициентом полезного действия, минимальной массой и габаритными размерами. Каждый такой прибор должен выдерживать все параметры входного напряжения. Импульсные помехи на выходе находятся в разумных пределах и не создают проблем потребителям.

Схема управления

В каждом инверторе имеются полупроводниковые ключи с обратными шунтирующими диодами в виде моста мостовая схема. Для управления данными элементами используется специальный контроллер. Регулировка и расчет выходного напряжения осуществляется автоматически, в соответствии с мощностью текущей нагрузки. С этой целью изменяется ширина импульса в преобразователе высокой частоты. Данный процесс известен в качестве широтно-импульсной модуляции – ШИМ.

Выходное напряжение низкой частоты отличается симметричными полуволнами за счет постоянной ширины импульса низкочастотного блока.

Выходные ключи инвертора управляются путем специального алгоритма, при котором происходит последовательная смена структур в силовой цепи. За прямой структурой идет короткозамкнутая и далее – инверсная. Таким образом, мгновенная мощность выходной нагрузки инвертора представляет собой пульсации, протекающие с удвоенной частотой. В связи с этим режим работы первичного источника при прохождении через него пульсирующих токов, должен учитывать расчет определенных помех, образующихся на входе инвертора.

Основные типы преобразователей

Все преобразователи напряжения с 12 до 220В разделяются на несколько типов:

Первый вариант осуществляет превращение напряжения 12 вольт в 220. Пользуются популярностью у автолюбителей из-за возможности подключения телевизоров, пылесосов и других стандартных электротехнических устройств.
Во втором варианте, наоборот, инверторы 220 вольт преобразуют в 12. В основном используется в сложных эксплуатационных условиях, обеспечивая электробезопасность. Например, в специальном оборудовании, предназначенном для помещений с повышенной влажностью.
Третий инвертор тока по своей сути является стабилизатором, выполненным на основе двух инверторов. Вначале происходит преобразование 220 вольт в 12, а затем эти 12В вновь преобразуются в 220. В результате двойного преобразования на выходе получается напряжение с идеальной синусоидой. Бытовая техника и оборудование, у которых микросхема с электронным управлением надежно работают совместно с такими преобразователями. Данное устройство используется как стабилизатор напряжения для сварочного инвертора.

Все инверторы имеют три рабочих режима – пусковой, длительный и перегрузочный. В первом случае мощность нагрузки лишь на доли секунды в два раза превышает номинал устройства. Во втором случае нагрузка соответствует номиналу выбранного прибора. В режиме перегрузки расчет мощности подключенных потребителей может быть выше номинала в 1. 3 раза. Подобный режим модель среднего инвертора выдерживает около 30 минут.

Форма выходного напряжения

В разных инверторах напряжение на выходе отличается по форме. Если это прямоугольник, то расчет коммутации группы ключей, дополненных обратными диодами, осуществляется таким образом, чтобы на нагрузке возникло переменное напряжение и обеспечивался контроль над режимом циркуляции в цепях реактивной энергии.

Выходное напряжение становится пропорциональным за счет относительной продолжительности импульсов управления или между сигналами, управляющими группами ключей, сдвигаются фазы. Если же циркуляция реактивной энергии находится вне зоны контроля, в этом случае величина и форма напряжения находятся под непосредственным влиянием потребителя.

Преобразователь напряжения, имеющий на выходе ступенчатую форму, с помощью предварительного преобразователя высокой частоты, производит формирование ступенчатой однополярной кривой напряжения. По своей форме она приближена к синусоиде, у которой полный период составляет половину периода напряжения на выходе. Далее, под влиянием низкочастотной мостовой схемы однополярная ступенчатая кривая становится двумя стабилизированными половинками кривой с разной полярностью, форма которой приблизительно напоминает синусоиду.

Напряжение холостого хода в сварочных инверторах

При использовании преобразующих устройств в практических целях, встречается такое понятие, как напряжение холостого хода сварочного инвертора. Данное состояние образуется за счет изменения напряжения 220 или 380 вольт с частотой 50 Гц, то есть может использоваться и трехфазный инвертор напряжения. Вначале оно становится напряжением постоянного тока, а затем вновь превращается в переменное, но уже с высокой частотой на выходе – в пределах 20-50 кГц.

что это такое и как работает устройство, история появления и классификация

Одним из наиболее важных достижений науки в XIX веке стало установление электричества. Благодаря этому у человека появилась возможность выполнять любую работу после захода солнца, что раньше было невозможным. Сегодня существует два вида тока — постоянный и переменный, но специалистов всегда интересовала возможность превращения одного в другой, что привело к появлению инвертора. Что это такое и принцип работы можно узнать из соответствующей литературы.

История возникновения
Типы электричества
Общие сведения о приборе
Принцип работы
Классификация устройств
Сварочные инверторы
Популярные разновидности

История возникновения

В конце 80-х годов XIX века Томас Эдисон в своей лаборатории получил постоянный ток и решил поделиться со всеми этим открытием. Ученый утверждал, что такой источник гораздо лучше, чем переменный ток для питания приборов.

Переменный источник тока за несколько лет до этого открыл ученый из Сербии Никола Тесла и активно распространял идею среди всех своих поклонников. Эдисон стал его конкурентом и старался убедить людей в том, что переменный ток опасен для людей и неэффективен для питания электроприборов.

Несмотря на все доводы, Никола Тесла имел достаточно много поклонников, его методика активно использовалась, и на тот момент Эдисон в соревновании проиграл. И хотя переменный ток необходим и сегодня, но постоянный считается лучшим вариантом для питания электроприборов.

Стоит отметить, что многие приспособления, предназначенные для работы с переменным током, выделяют постоянный. Это приводит к тому, что при запуске такого устройства человеку потребуется дополнительный прибор для преобразования постоянного тока в переменный, то есть инвертор.

Типы электричества

Большинство преподавателей, которые предоставляют студентам информацию об электричестве, говорят в основном о постоянном токе (DC). Он представляет собой поток электронов, которые следуют друг за другом на определенном расстоянии.

Наиболее популярная аналогия от опытных учителей — сравнение потока с муравьями, идущими колонной и несущими на себе обычные сухие листья.

Такое представление довольно обобщенное, но основная идея правильная. Схема напоминает сплошную электрическую петлю, приводящую в работу обычный фонарик. Однако в больших бытовых приспособлениях электричество работает по-другому. Розетки, вмонтированные в стену, поставляют приборам источник энергии, основанный на переменном токе (AC). В нем электричество переключается с большой скоростью, составляющей 50−60 раз в секунду, то есть частота таких переключений — 50−60 Гц.

Обычному человеку, который не обладает знаниями в области электроники, не совсем понятно, как такой ток питает приборы, если постоянно меняет направление своего движения. Однако ответ на этот вопрос прост. Например, можно взять обычную настенную лампу, работающую от источника переменного тока. При включении ее в розетку электроны начинают активно двигаться, меняться местами и менять направление движения.

Весь процесс происходит очень быстро, поэтому в проводах образуется тепло.

Именно это тепло и будет переходить в лампу, приводя к ее свечению. Переменный ток также эффективно питает приспособления, как и постоянный, но электроны в нем движутся на месте.

Общие сведения о приборе

Величайшее открытие Николы Теслы сегодня используется человечеством повсюду. Большинство приспособлений в каждом доме предназначены для работы от источника постоянного тока, но от розеток идет переменный. Именно поэтому почти всегда требуется специальное устройство или выпрямитель, который будет преобразовывать AC в DC.

Инвертор же выполняет совершенно противоположную функцию. Можно рассмотреть его работу на примере обычного фонарика. Прибор небольшой и питается от встроенного аккумулятора, который становится источником постоянного тока. Если извлечь его из приспособления, перевернуть другим полюсом и снова установить, разницы в работе или в качестве освещения не будет заметно. Однако электричество будет протекать по-другому.

Такой процесс можно сравнить с механическим преобразователем, когда человеческие руки поворачивают аккумулятор со скоростью 50−60 раз в секунду. Конечно, приборы, которые можно приобрести в специализированных магазинах, работают несколько иначе. Для постоянного изменения направления движения электронов используются магнитные переключатели. Однако такая конструкция только у приспособлений механического типа.

Электронные инверторы меняют направление плавно, исключая резкие перепады напряжения. Второй тип считается более предпочтительным вариантом, поскольку постоянные скачки напряжения отрицательно отражаются на функционировании некоторых электроприборов. Конструкция таких инверторов оснащена специальными индукторами и конденсаторами. Эти детали смягчают поток энергии на входе и выходе, за счет чего и образуется плавный источник питания для электроприборов.

В некоторых случаях инверторы применяются для трансформаторов с целью преобразования источника переменного тока на более высокую или низкую частоту в зависимости от нужд конкретного потребителя. Стоит отметить, что выходная мощность всегда меньше входной. Это необходимо для нормального функционирования устройств. Любой трансформатор или инвертор не может выделять больше энергии, чем потребляет, поскольку некоторая ее часть теряется.

Принцип работы

Действует инвертор по простому принципу, который можно понять, если привести конкретный пример. Обычный аккумулятор работает примитивно и выдает постоянный поток тока, не меняющего своего направления. Если в эту конструкцию добавить переключатель, который на выходе будет менять направление движения электронов, то к прибору будет поступать уже AC. Чтобы сделать его правильным, переключатель должен работать исправно и на протяжении секунды срабатывать не менее 50 раз. В минуту происходит около 3000 изменений в потоке электронов.

Механический инвертор работает несколько иначе и посредством специальных магнитов также быстро изменяет направление тока. Принцип его функционирования напоминает дверной звонок. При нажатии на кнопку человек воздействует на пружину, которая подает сигнал к изменению мощности и потока электроэнергии. При отпускании все возвращается в исходное положение. Устройство также оснащено специальным контроллером, который выполняет и другие функции:

регулирование напряжения в приспособлении;
синхронизация частоты переключения;
обеспечение защиты от перегрузок и поломок.

Благодаря этому даже механическая модель устройства позволяет крупным электроприборам работать бесперебойно.

Классификация устройств

Существует множество моделей инверторов. Они могут быть массивными и оснащенными специальными аккумуляторами. Выпускаются портативные модели, которые имеют небольшие размеры и используются в разных целях. Разделяют приспособления и по мощности, которую они потребляют и производят. Этот параметр считается основным при выборе, особенно если необходим высокий показатель, например, на производстве.

Стоит отметить, что даже самые мощные инверторы не предназначены для длительного функционирования на максимальных показателях. В зависимости от принципа действия устройства делятся на следующие:

зависимые, которые работают только от сети;
автономные, оснащенные аккумулятором;

инверторы напряжения и тока.

Автономные модели обычно используются для кратковременной работы и не зависят от источника тока. Отдельные приборы предназначены специально для постоянного подключения к сети. Иногда устройства оснащают солнечными батареями.

Каждый из вариантов имеет свои преимущества. Например, автономные подойдут любым устройствам и могут выручить в сложной ситуации. Солнечные экономят электроэнергию, а зависимые не нуждаются в подзарядке или других условиях, чтобы функционировать. В ночное время солнечная батарея неуместна и не сможет служить владельцу, поэтому такие модели выбирают редко.

Существуют также универсальные устройства, которые могут работать от сети и в автономном режиме, но не одновременно. Недостатком таких приборов будет большой размер, поскольку для обеспечения функционирования в двух режимах необходимо оснастить агрегат дополнительными деталями.

Приборы, которые устанавливались до 1970 года, использовали в работе специальные ртутно-дуговые клапаны. Современные модели обычно твердотельные и считаются более эффективными и безопасными.

Сварочные инверторы

Отдельно стоит выделить специальные инверторы, которые позволяют значительно повысить эффективность работы сварочного аппарата и быстро соединить две металлические детали без усилий и сделать конструкцию надежной. Эти инверторы обладают множеством преимуществ:

Отличаются высокой мощностью и производительностью.
Надежность и долговечность сварных швов.
Возможность выбрать компактную модель и переносить ее в место, где человек будет работать.
Высокий КПД, составляющий почти 90%. Этот показатель гораздо выше, чем у обычных трансформаторов.

Умеренное расходование электрической энергии и экономичность.
Во время работы сварочного аппарата брызги металла отделяются в меньшем количестве, что позволяет экономить не только электроэнергию.
Возможность регулировать подачу тока, делая ее плавной.
Сварщик может выполнять работу по металлу даже при отсутствии большого опыта в этой сфере.

Универсальность устройства позволяет использовать его в разных областях, а возможность выбрать лучшую модель по соотношению цены и качества считается одним из важных преимуществ.

Как работает инвертор? | Колонка продуктов Fuji Electric

Приводы переменного тока (низкое напряжение)

Как работает инвертор?

Как и чем управляет инвертор? Краткое объяснение, чтобы понять основную структуру.

Начнем со схемы преобразователя и схемы инвертора, чтобы получить правильное представление об устройстве инвертора
Классификация вариантов использования инверторных устройств и цепей по напряжению и частоте

Начнем со схемы преобразователя и схемы инвертора, чтобы иметь правильное представление об устройстве инвертора

Мы начнем введение с подробного объяснения механизма инверторного устройства. Роль инверторного устройства заключается в управлении напряжением и частотой источника питания и беспрепятственном изменении скорости вращения двигателей, используемых в бытовой технике и промышленном оборудовании.

Первое, что нужно иметь в виду, когда дело доходит до понимания внутренней структуры инверторного устройства, это то, что схема преобразователя преобразует переменный ток (AC), поступающий от источника питания, в постоянный ток (DC), а инвертор схема преобразует преобразованный постоянный ток (DC) обратно в переменный ток (AC). Они работают в комплекте. На приведенной ниже диаграмме показана роль, которую они играют, и то, как они работают.

Во-первых, схема преобразователя, используемая в передней части, постоянно преобразует переменный ток в постоянный. Этот процесс называется ректификацией. Направление и величина волны периодически меняются с течением времени, поскольку переменный ток представляет собой синусоидальную волну. Поэтому диод, который является полупроводниковым устройством, используется для пропускания электричества в прямом направлении для преобразования его в постоянный ток, но не в обратном направлении.

Когда постоянный ток проходит через диод, электричество проходит только в прямом направлении, и появляется положительный пик. Однако другая половина цикла будет потрачена впустую, поскольку пик не проходит в отрицательном направлении. Причина, по которой структура диода имеет форму моста, заключается в том, что он может пропускать отрицательный пик в прямом направлении. Это называется двухполупериодным выпрямлением из-за того, что оно преобразует пики как прямой, так и отрицательной волны.

Однако двухполупериодное выпрямление само по себе не может обеспечить гладкую форму волны, поскольку останутся следы переменного тока и пульсации колебаний напряжения. Поэтому, чтобы очистить их, конденсатор многократно заряжается и разряжается, мягко сглаживая и изменяя форму волны, близкую к форме постоянного тока.

Затем схема инвертора выдает переменный ток с переменным напряжением и частотой. Механизм преобразования постоянного тока в переменный переключает силовые транзисторы, такие как «IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором)», и изменяет интервалы включения/выключения для создания импульсных волн различной ширины. Затем он объединяет их в псевдосинусоиду. Это называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Компьютер автоматически регулирует ширину импульса. Некоторые специализированные однокристальные компьютеры, управляющие двигателем, включают продукт с предустановленной функцией ШИМ.

Это дает возможность создавать псевдосинусоиды различной частоты и управлять скоростью вращения двигателя, просто задавая нужные параметры.

Классификация вариантов использования инверторных устройств и цепей по напряжению и частоте

Инверторные схемы и устройства используются в различных электротехнических изделиях, таких как бытовые кондиционеры, холодильники, плиты IH (индукционного нагрева), люминесцентные лампы, компьютерные блоки питания (включая ИБП), промышленные вентиляторы, насосы, лифты и краны. Они широко используются и стали неотъемлемой частью нашей жизни.

Тип	Элементы для замены	Использование инвертора
VVVF	Напряжение/частота	Промышленные двигатели, насосы, кондиционеры, холодильники и т. д.
CVVF	Только частота	Электромагнитная плита, рисоварка, люминесцентные лампы и т. д.
CVCF	Постоянное напряжение и частота	Блок питания компьютера, ИБП (источник бесперебойного питания) и т. д.

Как было сказано в начале, инверторные схемы и устройства используются в бытовых кондиционерах, холодильниках, промышленных насосах, лифтах и т.п. для регулировки скорости вращения двигателя. В этом случае инвертор используется для изменения как напряжения, так и частоты, это называется «VVVF (переменное напряжение, переменная частота)».

В плитах IH или люминесцентных лампах нет встроенных двигателей, но изменение частоты с помощью схемы инвертора позволяет точно регулировать нагрев и яркость. Например, плита IH использует высокую частоту в своей катушке, которая нагревает кастрюлю, используя схему инвертора. Люминесцентные лампы также используют переменный ток высокой частоты для увеличения скорости освещения, чтобы поддерживать яркость и подавлять мерцание при низком энергопотреблении. В это время схема инвертора изменяет только частоту, поэтому она называется «CVVF (переменная частота постоянного напряжения)».

И последнее, но не менее важное: схема инвертора работает и в компьютерных блоках питания. Это может показаться бессмысленным, потому что он используется для вывода постоянного напряжения или частоты переменного тока из постоянного напряжения или частоты переменного (или постоянного) тока. Тем не менее, его можно использовать в качестве стабильного источника питания, когда частота переменного тока коммерческого источника питания колеблется или происходит сбой питания. Поскольку он поддерживает постоянное напряжение и постоянную частоту, он называется «CVCF (постоянное напряжение, постоянная частота)».

Фейсбук Твиттер

Сопутствующие товары

Связанный столбец

Принцип работы инвертора

— TN Elektro

Сообщение от: Тауфикуллах 23 декабря 2022 г. 1,307 Views

Принцип работы инвертора, как правило, такой же, как у источника питания, который преобразует постоянный ток в переменный, а также работает для преобразования постоянного напряжения в переменный ток. Вам нужен автомобильный аккумулятор / постоянный ток для преобразования в переменный / переменный ток. Долговечность схемы инвертора определяется не ваттами, а батареей/аккумулятором, который вы используете и загружаете.

Принцип работы инвертора можно объяснить с помощью 4 переключателей, как показано выше. Когда переключатели S1 и S2 включены, они будут течь потоком постоянного тока к нагрузке R слева направо, если переключатели S3 и S4 под напряжением будут течь постоянный ток к нагрузке R справа налево. Инверторы обычно используют схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в процессе преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.

A. Полупериодный инвертор

Принцип работы однофазного инвертора можно объяснить на картинке выше. Когда транзистор Q1 активен в течение времени T0/2, напряжение на нагрузке V0 равно Vs/2. Если транзистор Q2 работает только в течение T0/2, Vs/2 пройдет через нагрузку. Q1 и Q2 взаимозаменяемы. На рисунке выше juag показывает форму сигнала для выходного напряжения и тока транзистора с резистивной нагрузкой. Этот тип инвертора требует двух источников постоянного тока (симметричный источник постоянного напряжения), и когда транзистор выключен, обратное напряжение на Vs становится Vs/2, т.е.:

B. Двухполупериодный инвертор
Базовая схема двухполупериодного инвертора и форма выходного сигнала с резистивной нагрузкой. Когда транзисторы Q1 и Q2 работают (ВКЛ.), напряжение Vs поступает в нагрузку, но транзисторы Q3 и Q4 не работают (ВЫКЛ.). Кроме того, транзисторы Q3 и Q4 работают (ON), а Q1 и Q2 не работают (OFF), тогда на нагрузке возникнет напряжение -Vs. При выборе преобразователя постоянного тока в переменный следует учитывать следующее:

Нагрузочная способность инвертора в ваттах. Попробуйте выбрать инвертор, рабочая нагрузка которого близка к нагрузке, которую мы хотим использовать для максимальной эффективности работы.
Используемый вход источника входного напряжения, вход постоянного тока 12 В или 24 В.
Форма выходного сигнала инвертора, синусоида или прямоугольная волна для выходного напряжения инвертора переменного тока.