Войти
Инвертор на отдельно стоящей солнечной установке 
Обзор инверторов для солнечных электростанций A инвертор или инвертор - это силовое электронное устройство или схема, изменяющая постоянный ток ( От постоянного тока) до переменного тока (AC).
Входное напряжение, выходное напряжение и частота, а также общая мощность обработка зависят от конструкции конкретного устройства или схемы. Инвертор не производит энергии; питание обеспечивается источником постоянного тока.
Силовой инвертор может быть полностью электронным или может представлять собой комбинацию механических эффектов (например, вращающееся устройство) и электронной схемы. Статические инверторы не используют движущиеся части в процессе преобразования.
Силовые инверторы в основном используются в системах электроснабжения, где присутствуют высокие токи и напряжения; схемы, которые выполняют ту же функцию для электронных сигналов, которые обычно имеют очень низкие токи и напряжения, называются генераторами. Цепи, которые выполняют противоположную функцию, преобразовывая переменный ток в постоянный, называются выпрямителями.
Типичное устройство или схема инвертора мощности требует относительно стабильного Источник питания постоянного тока, способный обеспечивать ток, достаточный для предполагаемой мощности системы. Входное напряжение зависит от конструкции и назначения инвертора. Примеры включают:
Инвертор может генерировать прямоугольную волну, модифицированную синусоидальную волну, импульсную синусоидальную волну, широтно-модулированную волну (ШИМ) или синусоидальную волну в зависимости от конструкции схемы. Обычные типы инверторов производят прямоугольные или квазиквадратные волны. Одним из показателей чистоты синусоиды является полное гармоническое искажение (THD). Прямоугольная волна с коэффициентом заполнения 50% эквивалентна синусоиде с 48% THD. Технические стандарты для коммерческих распределительных сетей требуют менее 3% THD формы волны в точке подключения потребителя. Стандарт IEEE 519 рекомендует менее 5% THD для систем, подключенных к электросети.
Существуют две основные схемы для производства бытового подключаемого напряжения от источника постоянного тока с более низким напряжением, в первой из которых используется переключающий повышающий преобразователь для выработки постоянного тока более высокого напряжения, а затем преобразуется в переменный ток. Второй метод преобразует постоянный ток в переменный на уровне заряда батареи и использует линейную частоту трансформатор для создания выходного напряжения.
Прямоугольная волна Это одна из самых простых форм сигналов, которую может создать инвертор, и она лучше всего подходит для приложений с низкой чувствительностью, таких как освещение и отопление. При подключении к звуковому оборудованию выходной сигнал прямоугольной формы может вызывать "гудение" и обычно не подходит для чувствительной электроники.
Синусоидальная волна Устройство инвертора мощности, которое выдает многоступенчатую синусоидальную форму волны переменного тока, называется инвертором синусоидальной волны. Чтобы более четко различать инверторы с выходами с гораздо меньшими искажениями, чем у модифицированных синусоидальных (трехступенчатых) инверторов, производители часто используют фразу «чистый синусоидальный инвертор». Почти все инверторы потребительского класса, которые продаются как «инверторы с чистой синусоидой», вообще не производят плавный синусоидальный сигнал, а только менее прерывистый выходной сигнал, чем прямоугольные (двухступенчатые) и модифицированные синусоидальные (трехступенчатые) инверторы. Однако для большинства электронных устройств это не критично, поскольку они хорошо справляются с выходом.
Там, где силовые инверторы заменяют стандартное сетевое питание, желателен синусоидальный выходной сигнал, потому что многие электрические изделия спроектированы так, чтобы лучше всего работать с синусоидальным источником переменного тока. Стандартная электрическая сеть выдает синусоидальную волну, как правило, с небольшими дефектами, но иногда со значительными искажениями.
Инверторы синусоидальной волны с более чем тремя ступенями выходного сигнала являются более сложными и имеют значительно более высокую стоимость, чем модифицированная синусоидальная волна, имеющая всего три ступени, или типы прямоугольной волны (одна ступень) с той же мощностью. Импульсные источники питания (SMPS) устройства, такие как персональные компьютеры или DVD-плееры, работают на модифицированной синусоидальной мощности. Двигатели переменного тока, напрямую работающие от несинусоидальной мощности, могут выделять дополнительное тепло, могут иметь другие характеристики скорости-момента или могут производить больше шума, чем при работе от синусоидальной мощности.
Форма волны, создаваемая прикуривателем от 12 до 120 В переменного тока, инвертор 60 Гц Модифицированная синусоида на выходе такого инвертора представляет собой сумму двух прямоугольных сигналов один из которых сдвинут по фазе на 90 градусов относительно другого. В результате получается трехуровневая форма сигнала с равными интервалами нулевого напряжения; пиковое положительное напряжение; ноль вольт; пиковое отрицательное напряжение, а затем ноль вольт. Эта последовательность повторяется. Результирующая волна очень похожа по форме на синусоидальную волну. Большинство недорогих потребительских инверторов мощности генерируют модифицированную синусоидальную волну, а не чистую синусоидальную волну.
Форма волны в имеющихся в продаже инверторах с модифицированной синусоидой напоминает прямоугольную волну, но с паузой во время смены полярности. Состояния переключения разработаны для положительного, отрицательного и нулевого напряжения. Если для формы сигнала выбраны пиковые значения в течение половины времени цикла, отношение пикового напряжения к RMS будет таким же, как для синусоидальной волны. Напряжение шины постоянного тока может активно регулироваться, или времена включения и выключения могут быть изменены для поддержания одного и того же выходного среднеквадратичного значения вплоть до напряжения шины постоянного тока, чтобы компенсировать колебания напряжения шины постоянного тока. Изменяя ширину импульса, можно изменить спектр гармоник. Самый низкий THD для трехступенчатой модифицированной синусоидальной волны составляет 30%, когда ширина импульсов составляет 130 градусов в каждом электрическом цикле. Это немного ниже, чем для прямоугольной волны.
Отношение времени включения и выключения можно регулировать для изменения среднеквадратичного напряжения при поддержании постоянной частоты с помощью метода, называемого широтно-импульсной модуляцией ( ШИМ). Сгенерированные импульсы затвора подаются на каждый переключатель в соответствии с разработанным шаблоном для получения желаемого выхода. Спектр гармоник на выходе зависит от ширины импульсов и частоты модуляции. Можно показать, что минимальные искажения трехуровневой формы волны достигаются, когда импульсы распространяются более чем на 130 градусов формы волны, но результирующее напряжение все равно будет иметь около 30% THD, что выше коммерческих стандартов для источников питания, подключенных к сети. При работе асинхронных двигателей гармоники напряжения обычно не вызывают беспокойства; однако гармонические искажения в форме волны тока приводят к дополнительному нагреву и могут вызывать пульсации крутящего момента.
Многие элементы электрического оборудования будут достаточно хорошо работать с модифицированными синусоидальными инверторными устройствами, особенно с нагрузками, которые являются резистивными по своей природе, такими как традиционные лампы накаливания. Устройства с импульсным блоком питания работают почти полностью без проблем, но если в элементе есть сетевой трансформатор, он может перегреться в зависимости от того, насколько он минимален.
Однако нагрузка может работать менее эффективно из-за гармоник, связанных с измененной синусоидальной волной, и создавать гудящий шум во время работы. Это также влияет на эффективность системы в целом, поскольку номинальная эффективность преобразования производителя не учитывает гармоники. Следовательно, чисто синусоидальные инверторы могут обеспечить значительно более высокий КПД, чем модифицированные синусоидальные инверторы.
Большинство двигателей переменного тока работают на инверторах MSW со снижением эффективности примерно на 20% из-за содержания гармоник. Однако они могут быть довольно шумными. Может помочь последовательный LC-фильтр, настроенный на основную частоту.
Общая модифицированная топология синусоидального инвертора, встречающаяся в инверторах бытовой мощности, следующая: встроенный микроконтроллер быстро включает и выключает питание МОП-транзисторы на высокой частоте вроде ~ 50 кГц. Полевые МОП-транзисторы напрямую питаются от источника постоянного тока низкого напряжения (например, батареи). Затем этот сигнал проходит через повышающие трансформаторы (как правило, многие трансформаторы меньшего размера размещаются параллельно, чтобы уменьшить общий размер инвертора), чтобы произвести сигнал более высокого напряжения. Затем выходной сигнал повышающих трансформаторов фильтруется конденсаторами для создания источника постоянного тока высокого напряжения. Наконец, этот источник постоянного тока подается микроконтроллером с дополнительными силовыми полевыми МОП-транзисторами для получения окончательного модифицированного синусоидального сигнала.
Более сложные инверторы используют более двух напряжений для формирования многоступенчатого приближения к синусоиде. Они могут дополнительно снизить гармоники напряжения и тока, а также THD по сравнению с инвертором, использующим только чередующиеся положительные и отрицательные импульсы; но такие инверторы требуют дополнительных коммутационных компонентов, что увеличивает стоимость.
Некоторые инверторы используют ШИМ для создания формы волны, которую можно отфильтровать с помощью фильтра нижних частот для воссоздания синусоидальной волны. Для них требуется только один источник постоянного тока, как в конструкциях MSN, но переключение происходит с гораздо большей скоростью, обычно на много кГц, так что изменяющаяся ширина импульсов может быть сглажена для создания синусоидальной волны. Если для генерации времени переключения используется микропроцессор, можно точно контролировать содержание гармоник и эффективность.
Пример ШИМ-модуляции напряжения в виде серии импульсов ■. Фильтрация нижних частот с последовательными катушками индуктивности и шунтирующими конденсаторами необходима для подавления частоты переключения. После фильтрации это приводит к форме волны, близкой к синусоидальной ■. Компоненты фильтрации меньше и удобны, чем те, которые требуются для сглаживания модифицированной синусоидальной волны до эквивалентной гармонической чистоты. Выходная частота переменного тока устройства инвертора мощности обычно такая же, как у стандартной линии электропередачи. частота, 50 или 60 герц. Исключение составляют конструкции для привода двигателя, где переменная частота приводит к изменению скорости.
Также, если выходной сигнал устройства или схемы должен быть дополнительно согласован (например, повышен), тогда частота может быть намного выше для хорошего КПД трансформатора.
Выходное напряжение переменного тока силового инвертора часто регулируется таким образом, чтобы оно было таким же, как напряжение линии сети, обычно 120 или 240 В переменного тока на уровне распределения, даже когда есть изменения в нагрузке, которую приводит инвертор. Это позволяет инвертору питать множество устройств, рассчитанных на стандартное сетевое питание.
Некоторые инверторы также позволяют выбирать или плавно изменять выходное напряжение.
Силовой инвертор часто имеет общую номинальную мощность, выраженную в ваттах или киловаттах. Это описывает мощность, которая будет доступна для устройства, которое инвертор приводит в действие, и, косвенно, мощность, которая потребуется от источника постоянного тока. Меньшие по размеру популярные потребительские и коммерческие устройства, имитирующие мощность сети, обычно находятся в диапазоне от 150 до 3000 Вт.
Не все приложения инверторов связаны исключительно или в первую очередь с подачей энергии; в некоторых случаях характеристики частоты и / или формы волны используются последующей схемой или устройством.
Время работы инвертора, питаемого от батарей, зависит от мощности батареи и количества энергии, потребляемой от инвертора в данный момент времени. По мере увеличения количества оборудования, использующего инвертор, время работы сокращается. Чтобы продлить время работы инвертора, к инвертору можно добавить дополнительные батареи.
Формула для расчета емкости батареи инвертора:
Емкость батареи (Ач) = общая нагрузка (в ваттах) X время использования (в часах)) / Входное напряжение (В)
При попытке добавить дополнительные батареи к инвертору есть два основных варианта установки:
Инвертор, предназначенный для обеспечения 115 В переменного тока от источника постоянного тока 12 В в автомобиле. Показанный блок обеспечивает до 1,2 ампера переменного тока, которого достаточно для питания двух лампочек мощностью 60 Вт. Инвертор преобразует электричество постоянного тока от таких источников, как батареи или топливные элементы к электричеству переменного тока. Электричество может быть любого необходимого напряжения; в частности, он может работать с оборудованием переменного тока, предназначенным для работы от сети, или выпрямителем для выработки постоянного тока при любом желаемом напряжении.
В источнике бесперебойного питания (ИБП) используются батареи и инвертор для подачи переменного тока, когда сетевое питание недоступно. Когда сетевое питание восстанавливается, выпрямитель подает питание постоянного тока для зарядки батарей.
Инверторные схемы, предназначенные для создания переменного диапазона выходного напряжения, часто используются в контроллерах скорости двигателя. Электропитание постоянного тока для инверторной секции может быть получено от обычной настенной розетки переменного тока или другого источника. Схема управления и обратной связи используется для регулировки конечного выхода секции инвертора, которая в конечном итоге определяет скорость двигателя, работающего под его механической нагрузкой. Потребности в управлении скоростью двигателя многочисленны и включают в себя: промышленное оборудование с приводом от двигателя, электромобили, системы железнодорожного транспорта и электроинструменты. (См. Также: частотно-регулируемый привод ). Состояния переключения разработаны для положительного, отрицательного и нулевого напряжений в соответствии со схемами, приведенными в таблице переключения 1. Сгенерированные импульсы затвора подаются на каждый переключатель в соответствии с развернутый шаблон и таким образом получается выход.
Инвертор может использоваться для управления скоростью двигателя компрессора для управления переменным потоком хладагента в система охлаждения или кондиционирования воздуха для регулирования производительности системы. Такие установки известны как инверторные компрессоры. Традиционные методы регулирования охлаждения используют односкоростные компрессоры, которые периодически включаются и выключаются; Системы с инвертором имеют частотно-регулируемый привод , который регулирует скорость двигателя и, следовательно, мощность компрессора и охлаждения. Переменный ток с переменной частотой от инвертора приводит в действие бесщеточный двигатель или асинхронный двигатель, скорость которого пропорциональна частоте переменного тока, на который он подается, поэтому компрессор может работать на переменная скорость - устранение циклов остановки-запуска компрессора повышает эффективность. Микроконтроллер обычно контролирует температуру в охлаждаемом пространстве и регулирует скорость компрессора для поддержания желаемой температуры. Дополнительная электроника и системное оборудование увеличивают стоимость оборудования, но могут привести к значительной экономии эксплуатационных расходов. Первые инверторные кондиционеры были выпущены Toshiba в 1981 году в Японии.
Сетевые инверторы предназначены для подачи в систему распределения электроэнергии. Они передаются синхронно с линией и имеют как можно меньше гармоничного содержания. Они также нуждаются в средствах обнаружения наличия электросети по соображениям безопасности, чтобы не продолжать опасно подавать электроэнергию в сеть во время отключения электроэнергии.
Синхронизаторы - это инверторы, которые предназначены для имитации вращающегося генератора и могут использоваться для стабилизации электрических сетей. Они могут быть спроектированы так, чтобы быстрее реагировать на изменения частоты сети, чем обычные генераторы, и могут дать обычным генераторам возможность реагировать на очень внезапные изменения спроса или производства.
Большие инверторы мощностью несколько сотен мегаватт используются для передачи энергии от систем передачи постоянного тока высокого напряжения в системы распределения переменного тока.
Внутренний вид солнечного инвертора. Обратите внимание на множество больших конденсаторов (синие цилиндры), используемых для кратковременного накопления энергии и улучшения формы выходного сигнала. A солнечный инвертор - это баланс системы (BOS) компонента фотоэлектрической system и может использоваться как для подключенных к сети, так и для систем. Солнечные инверторы имеют специальные функции, адаптированные для использования с массивами фотоэлектрических, включая отслеживание точки максимальной мощности и защиту от изолирования. Солнечные микро-инверторы отличаются от обычных инверторов тем, что к каждой солнечной панели прикреплен индивидуальный микро-инвертор. Это может повысить общую эффективность системы. Затем выходной сигнал от нескольких микро-инверторов объединяется и часто подается в электрическую сеть.
. В других приложениях обычный инвертор может быть объединен с аккумуляторной батареей, поддерживаемой контроллером заряда солнечной батареи. Эту комбинацию компонентов часто называют солнечным генератором.
Инверторы преобразуют низкочастотную основную мощность переменного тока в более высокую частоту для использования в индукционном нагреве. Для этого сначала выпрямляется напряжение переменного тока, чтобы обеспечить питание постоянного тока. Затем инвертор изменяет мощность постоянного тока на мощность переменного тока высокой частоты. В связи с сокращением числа источников постоянного тока, используемым, структура становится более надежной и выходное напряжение имеет более высокое разрешение в связи с увеличением числа шагов так, чтобы опорное синусоидальное напряжение может быть лучше достигнуты. Эта конфигурация в последнее время стала очень популярной в источниках питания переменного тока и приводах с регулируемой скоростью. Этот новый инвертор позволяет избежать использования дополнительных ограничивающих диодов или конденсаторов для выравнивания напряжения.
Существует три вида методов модуляции со смещением уровня, а именно:
При передаче мощности HVDC мощность переменного тока выпрямляется, а мощность постоянного тока высокого напряжения передается в другое место. В месте приема инвертор в статической инверторной установке преобразует мощность обратно в переменный ток. Инвертор должен быть синхронизирован с частотой и фазой сети и минимизировать генерацию гармоник.
Электрошоковое оружие и электрошокеры имеют инвертор постоянного / переменного тока для генерации нескольких десятков тысяч В переменного тока из небольшой батареи 9 В постоянного тока. Сначала 9 В постоянного тока преобразуются в 400–2000 В переменного тока с помощью компактного высокочастотного трансформатора, который затем выпрямляется и временно сохраняется в высоковольтном конденсаторе до тех пор, пока не будет достигнуто предварительно установленное пороговое напряжение. При достижении порога (установленного с помощью воздушного зазора или TRIAC) конденсатор сбрасывает всю свою нагрузку в импульсный трансформатор , который затем повышает его до конечного выходного напряжения 20–60 кВ. Вариант этого принципа также используется в электронных вспышках и запорах, хотя для достижения высокого напряжения они используют конденсаторный умножитель напряжения.
Типичные области применения инверторов мощности включают:
Вверху: Схема простого инвертора, показанная с электромом. механический переключатель и эквивалентное автоматическое устройство автоматического переключения, реализованное на двух транзисторах и автотрансформаторе с разделенной обмоткой вместо механического переключателя. 
Форма прямоугольной волны с основной синусоидальной составляющей, 3-й и 5-й гармониками В одной простой схеме инвертора мощность постоянного тока подключается к трансформатору через центральный отвод первичной обмотки. Переключатель быстро переключается вперед и назад, чтобы позволить току течь обратно к источнику постоянного тока по двум альтернативным путям через один конец первичной обмотки, а затем через другой. Изменение направления тока в первичной обмотке трансформатора создает переменный ток (AC) во вторичной цепи.
Электромеханический вариант коммутирующего устройства включает два неподвижных контакта и подвижный контакт с подпружиненной опорой. Пружина удерживает подвижный контакт напротив одного из неподвижных контактов, а электромагнит притягивает подвижный контакт к противоположному неподвижному контакту. Ток в электромагните прерывается действием переключателя, так что переключатель постоянно быстро переключается вперед и назад. Этот тип электромеханического инверторного переключателя, называемый вибратором или зуммером, когда-то использовался в ламповых автомобильных радиоприемниках. Подобный механизм использовался в дверных звонках, зуммерах и татуировочных машинах.
. Когда они стали доступны с соответствующими номинальными мощностями, транзисторы и различные другие типы полупроводниковых переключателей стали были включены в схемы инверторов. В некоторых номиналах, особенно для больших систем (много киловатт), используются тиристоры (SCR). SCR обеспечивают большие возможности управления мощностью в полупроводниковом устройстве и могут легко управляться в переменном диапазоне срабатывания.
Переключатель в простом инверторе, описанном выше, когда он не подключен к выходному трансформатору, выдает прямоугольную форму волны напряжения из-за своей простой природы включения и выключения в отличие от синусоидальной сигнал, который является обычным сигналом источника питания переменного тока. Используя анализ Фурье, периодические сигналы представляются как сумма бесконечной серии синусоидальных волн. Синусоидальная волна, имеющая ту же частоту, что и исходная форма волны, называется основной составляющей. Другие синусоидальные волны, называемые гармониками, которые включены в серию, имеют частоты, целые кратные основной частоте.
Анализ Фурье можно использовать для расчета полного гармонического искажения (THD). Полный коэффициент гармонических искажений (THD) - это квадратный корень из суммы квадратов гармонических напряжений, деленной на основное напряжение:
Н-мост схема инвертора с транзисторными переключателями и антипараллельными диодами Существует множество различных топологий цепей питания и стратегии управления, используемые в конструкциях инверторов. Различные подходы к проектированию решают различные вопросы, которые могут быть более или менее важными в зависимости от того, как предполагается использовать инвертор.
Основываясь на базовой топологии H-моста, существуют две различные основные стратегии управления, называемые базовым частотно-регулируемым мостовым преобразователем и ШИМ-управлением. Здесь, на левом изображении H-мостовой схемы, верхний левый переключатель назван «S1», а другие - «S2, S3, S4» в порядке против часовой стрелки.
Для базового мостового преобразователя частоты и переменной частоты переключатели могут работать на той же частоте, что и переменный ток в электрической сети (60 Гц в США). Однако именно скорость, с которой переключатели открываются и закрываются, определяет частоту переменного тока. Когда S1 и S4 включены, а два других выключены, на нагрузку подается положительное напряжение, и наоборот. Мы могли управлять состоянием включения-выключения переключателей, чтобы регулировать величину и фазу переменного тока. Мы также можем управлять переключателями для устранения определенных гармоник. Это включает в себя управление переключателями для создания выемок или областей с нулевым состоянием в выходном сигнале или добавление выходов двух или более преобразователей, параллельно сдвинутых по фазе относительно друг друга.
Другой метод, который можно использовать, - это ШИМ. В отличие от базового мостового преобразователя частоты и переменной частоты, в стратегии управления ШИМ только два переключателя S3, S4 могут работать на частоте стороны переменного тока или на любой низкой частоте. Два других переключатся намного быстрее (обычно 100 кГц) для создания прямоугольных напряжений той же величины, но с разной продолжительностью времени, которые ведут себя как напряжение с изменяющейся величиной в большей временной шкале.
Эти две стратегии создают разные гармоники. Для первого, с помощью анализа Фурье, величина гармоник будет 4 / (pi * k) (k - порядок гармоник). Таким образом, большая часть энергии гармоник сосредоточена в гармониках более низкого порядка. Между тем, для стратегии ШИМ энергия гармоник лежит в области высоких частот из-за быстрого переключения. Их разные характеристики гармоник приводят к различным требованиям по устранению гармонических искажений и гармоник. Подобно термину «THD», понятие «качество формы волны» представляет уровень искажения, вызванного гармониками. Качество формы сигнала переменного тока, создаваемого непосредственно упомянутым выше H-мостом, было бы не таким хорошим, как мы хотели бы.
Проблема качества сигнала может быть решена разными способами. Конденсаторы и катушки индуктивности могут использоваться для фильтрации формы сигнала. Если в конструкцию входит трансформатор , фильтрация может применяться к первичной или вторичной стороне трансформатора или к обеим сторонам. Фильтры нижних частот применяются, чтобы позволить основной составляющей сигнала пройти на выход, ограничивая прохождение гармонических составляющих. Если инвертор предназначен для подачи питания на фиксированной частоте, можно использовать резонансный фильтр . Для регулируемого преобразователя частоты фильтр должен быть настроен на частоту выше максимальной основной частоты.
Поскольку большинство нагрузок содержат индуктивность, выпрямители обратной связи или антипараллельные диоды часто подключаются к каждому полупроводниковому переключателю, чтобы обеспечить путь для пикового индуктивного тока нагрузки при выключенном переключателе. Антипараллельные диоды в чем-то похожи на диоды свободного хода, используемые в схемах преобразователя переменного / постоянного тока.
| Форма волны | Сигнал. переходов. за период | Гармоники. устранены | Гармоники. усилены | Система. описание | THD |
|---|---|---|---|---|---|
 | 2 | 2-уровневый. прямоугольный сигнал | ~ 45% | ||
 | 4 | 3, 9, 27,… | 3-уровневый. модифицированный синусоидальный сигнал | >23,8% | |
 | 8 | 5-уровневая. модифицированная синусоида | >6,5% | ||
 | 10 | 3, 5, 9, 27 | 7, 11,… | 2-уровневая. очень медленная ШИМ | |
 | 12 | 3, 5, 9, 27 | 7, 11,… | 3-уровневая. очень медленная PWM |
Анализ Фурье показывает, что форма волны, такая как прямоугольная волна, которая является антисимметричной относительно точки 180 градусов, содержит только нечетные гармоники, 3-ю, 5-ю, 7-ю и т. Д. Формы волны, которые имеют шаги определенной ширины и высоты, могут ослабить некоторые более низкие гармоники за счет усиления более высоких гармоник. Например, вставив ступеньку нулевого напряжения между положительной и отрицательной частями прямоугольной волны, можно исключить все гармоники, которые делятся на три (3-я и 9-я и т. Д.). Остается только 5-я, 7-я, 11-я, 13-я и т. Д. Требуемая ширина ступеней составляет одну треть периода для каждой из положительных и отрицательных ступеней и одну шестую периода для каждой ступени нулевого напряжения.
Изменение прямоугольной формы, как описано выше, является примером широтно-импульсной модуляции. Модуляция или регулировка ширины прямоугольного импульса часто используется как метод регулирования или регулировки выходного напряжения инвертора. Когда контроль напряжения не требуется, можно выбрать фиксированную ширину импульса для уменьшения или устранения выбранных гармоник. Методы подавления гармоник обычно применяются к самым низким гармоникам, потому что фильтрация гораздо более практична на высоких частотах, где компоненты фильтра могут быть намного меньше и дешевле. Схемы управления ШИМ, основанные на множественной ширине импульса или несущей, создают сигналы, которые состоят из множества узких импульсов. Частота, представленная количеством узких импульсов в секунду, называется частотой переключения или несущей частотой. Эти схемы управления часто используются в инверторах управления двигателями с регулируемой частотой, поскольку они позволяют регулировать выходное напряжение и частоту в широком диапазоне, а также улучшают качество формы сигнала.
Многоуровневые инверторы предоставляют другой подход к подавлению гармоник. Многоуровневые инверторы выдают выходной сигнал с несколькими ступенями на нескольких уровнях напряжения. Например, можно создать более синусоидальную волну, используя входы с разделенной шиной постоянного тока с двумя напряжениями или положительные и отрицательные входы с центральной землей. Путем последовательного подключения выходных клемм инвертора между положительной шиной и землей, положительной шиной и отрицательной шиной, заземляющей шиной и отрицательной шиной, а затем обеими к шине заземления, на выходе инвертора генерируется ступенчатый сигнал. Это пример трехуровневого инвертора: два напряжения и земля.
Резонансные инверторы генерируют синусоидальные волны с помощью контуров LC для удаления гармоники от простой прямоугольной волны. Обычно имеется несколько последовательно- и параллельно-резонансных LC-контуров, каждая из которых настроена на отдельную гармонику частоты линии электропередачи. Это упрощает электронику, но катушки индуктивности и конденсаторы, как правило, большие и тяжелые. Его высокая эффективность делает этот подход популярным в больших источниках бесперебойного питания в центрах обработки данных, в которых инвертор постоянно работает в «оперативном» режиме, чтобы избежать любых переходных процессов переключения при потере питания. (См. Также: Резонансный инвертор )
В близком подходе используется феррорезонансный трансформатор, также известный как трансформатор постоянного напряжения, для удаления гармоник и хранения энергии, достаточной для поддержания нагрузки в течение нескольких Циклы переменного тока. Это свойство делает их полезными в резервных источниках питания для устранения переходного процесса переключения, который в противном случае происходит во время сбоя питания, когда инвертор запускается в обычном режиме и механические реле переключаются на его выход.
Предложение, предложенное в журнале Power Electronics, использует два напряжения в качестве улучшения по сравнению с обычной коммерческой технологией, которая может подавать напряжение на шину постоянного тока только в любом направлении или отключать его. Предложение добавляет промежуточные напряжения к общая конструкция. Каждый цикл видит следующую последовательность подаваемых напряжений: v1, v2, v1, 0, −v1, −v2, −v1.
Трехфазные инверторы со звездочкой подключенная нагрузка Трехфазные инверторы используются для приложений частотно-регулируемых приводов и для приложений большой мощности, таких как HVDC для передачи энергии. Базовый трехфазный инвертор состоит из трех переключателей однофазного инвертора, каждый из которых подключен к одной из трех клемм нагрузки. Для наиболее простой схемы управления работа трех переключателей скоординирована так, что один переключатель работает в каждой точке 60 градусов основной формы выходного сигнала. Таким образом создается линейный выходной сигнал с шестью ступенями. Шестиступенчатая форма волны имеет шаг нулевого напряжения между положительной и отрицательной частями прямоугольной волны, так что гармоники, кратные трем, устраняются, как описано выше. Когда методы ШИМ на основе несущей применяются к сигналам с шестью шагами, основная общая форма или огибающая формы сигнала сохраняется, так что 3-я гармоника и ее кратные составляющие подавляются.
Схема переключения трехфазного инвертора, показывающая 6-ступенчатую последовательность переключения и форму волны напряжения между клеммами A и C (2–2 состояния) Для создания инверторов с более высокой номинальной мощностью можно использовать два шестиступенчатых трехфазных инвертора. быть подключенными параллельно для более высокого номинального тока или последовательно для более высокого номинального напряжения. В любом случае выходные сигналы сдвигаются по фазе для получения 12-ступенчатой формы сигнала. Если комбинировать дополнительные инверторы, получается 18-ступенчатый инвертор с тремя инверторами и т. Д. Хотя инверторы обычно объединяются с целью достижения повышенных номинальных значений напряжения или тока, качество формы сигнала также улучшается.
По сравнению с другими бытовыми электроприборами инверторы имеют большие размеры и объем. В 2014 году Google вместе с IEEE начали открытый конкурс под названием Little Box Challenge с призовым фондом 1 000 000 долларов США. построить инвертор (намного) меньшей мощности.
С конца девятнадцатого века до середины двадцатого века, преобразование постоянного тока в переменное преобразование энергии было выполнено с использованием вращающихся преобразователей или мотор-генераторов комплектов (комплектов MG). В начале двадцатого века вакуумные лампы и газонаполненные трубки начали использоваться в качестве переключателей в инверторных схемах. Наиболее широко используемым типом ламп был тиратрон.
. Происхождение электромеханических инверторов объясняет происхождение термина «инвертор». В ранних преобразователях переменного тока в постоянный использовался асинхронный или синхронный двигатель переменного тока, напрямую подключенный к генератору (динамо), так что коммутатор генератора менял местами свои соединения в точные моменты времени для выработки постоянного тока. Более поздняя разработка - синхронный преобразователь, в котором обмотки двигателя и генератора объединены в один якорь, с контактными кольцами на одном конце и коммутатором на другом и только с одной полевой рамой. Результатом является вход переменного тока или выход постоянного тока. С набором M-G можно считать, что постоянный ток генерируется отдельно от переменного тока; с синхронным преобразователем, в определенном смысле его можно рассматривать как «переменный ток с механическим выпрямлением». При наличии правильного вспомогательного и управляющего оборудования установка M-G или роторный преобразователь может работать «в обратном направлении», преобразовывая постоянный ток в переменный. Следовательно, инвертор - это инвертированный преобразователь.
Поскольку ранние транзисторы не были доступны с достаточными номинальными значениями напряжения и тока для большинства инверторных приложений, в 1957 году был представлен тиристорный или кремниевый выпрямитель (SCR), инициировавший переход к твердотельным схемам инвертора.
12-импульсная схема инвертора с линейной коммутацией Требования к коммутации тиристоров являются ключевым моментом при проектировании схем тиристоров. SCR не выключаются и не переключаются автоматически при отключении сигнала управления затвором. Они выключаются только тогда, когда прямой ток снижается до уровня ниже минимального удерживающего тока, который изменяется в зависимости от типа тиристора посредством некоторого внешнего процесса. Для тиристоров, подключенных к источнику переменного тока, коммутация происходит естественным образом каждый раз, когда полярность напряжения источника меняется. Для тиристоров, подключенных к источнику питания постоянного тока, обычно требуется средство принудительной коммутации, которое приводит к нулевому значению тока, когда требуется коммутация. В наименее сложных схемах SCR используется естественная коммутация, а не принудительная. С добавлением схем принудительной коммутации, тиристоры используются в схемах инвертора, описанных выше.
В приложениях, где инверторы передают мощность от источника постоянного тока к источнику переменного тока, можно использовать выпрямительные схемы, управляемые переменным током в постоянный, работающие в режиме инверсии. В режиме инверсии схема управляемого выпрямителя работает как инвертор с коммутацией линии. Этот тип работы может использоваться в системах передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения и в рекуперативном торможении в системах управления двигателями.
Другой тип схемы инвертора SCR - инвертор входа источника тока (CSI). Инвертор CSI - это двойной шестиступенчатого инвертора источника напряжения. С инвертором источника тока источник питания постоянного тока сконфигурирован как источник тока, а не как источник напряжения . SCR инвертора переключаются в шестиступенчатой последовательности, чтобы направить ток на нагрузку трехфазного переменного тока в виде ступенчатой формы волны тока. Методы коммутации инвертора CSI включают коммутацию нагрузки и параллельную коммутацию конденсаторов. В обоих методах регулировка входного тока помогает коммутации. При коммутации нагрузки нагрузка представляет собой синхронный двигатель, работающий с опережающим коэффициентом мощности.
Поскольку они стали доступны с более высокими номинальными значениями напряжения и тока, полупроводники, такие как транзисторы или IGBT, которые можно отключать с помощью управляющих сигналов, стали предпочтительными коммутирующими компонентами для использования в инверторах. схемы.
Цепи выпрямителя часто классифицируются по количеству импульсов тока, которые протекают на стороне постоянного тока выпрямителя за цикл входного переменного напряжения. однофазный однополупериодный выпрямитель - это одноимпульсная схема, а однофазный двухполупериодный выпрямитель - двухимпульсная схема. Трехфазный однополупериодный выпрямитель представляет собой трехимпульсную схему, а трехфазный двухполупериодный выпрямитель представляет собой шестиимпульсную схему.
В трехфазных выпрямителях иногда подключаются два или более выпрямителя. последовательно или параллельно для получения более высоких значений напряжения или тока. Входы выпрямителя питаются от специальных трансформаторов, обеспечивающих выходы со сдвигом фазы. Это имеет эффект умножения фазы. Шесть фаз получаются от двух трансформаторов, двенадцать фаз - от трех трансформаторов и так далее. Связанные выпрямительные схемы - это 12-пульсные выпрямители, 18-пульсные выпрямители и так далее...
Когда схемы управляемого выпрямителя работают в режиме инверсии, они также классифицируются по количеству импульсов. В выпрямительных схемах с большим числом импульсов снижено содержание гармоник во входном переменном токе и уменьшены пульсации выходного напряжения постоянного тока. В режиме инверсии схемы с большим числом импульсов имеют более низкое содержание гармоник в форме волны выходного напряжения переменного тока.
В крупных коммутационных устройствах для систем передачи энергии, установленных до 1970 г., в основном использовались ртутно-дуговые клапаны. Современные инверторы обычно твердотельные (статические инверторы). Современный метод проектирования включает компоненты, расположенные в конфигурации H-моста. Эта конструкция также очень популярна среди небольших потребительских устройств.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Инверторы постоянного / переменного тока (мощность). |
