Что лучше: сварочный трансформатор или инвертор

Разнообразие сварочных аппаратов в продаже способно не только удивить начинающих сварщиков, но и усложнить процесс выбора. Есть подороже, и подешевле, есть небольшие, и наоборот габаритные, есть из серии профи, и для новичков.

По своим характеристикам и предназначению они также существенно отличаются. Одни успешно могут использоваться лишь для несложной ручной сварки, другие применяются совместно с аргоном, а третьи соединяют металлы плазмой.

Ясно, что новичку сложно сразу выбрать из всего доступного разнообразия. Поэтому для начального уровня обычно рекомендуют купить не очень дорогой прибор для ручной дуговой сварки.

Ее технология более проста для освоения начальном уровне. Вторым достойным вариантом может быть трансформатор.

Содержание статьиПоказать

• Общая информация
• Плюсы и минусы трансформатора
• Плюсы и минусы инвертора
• Как сделать выбор
• Выпрямитель — отдельная история
• Подведем итог

Общая информация

Все они так или иначе направлены на решение одной задачи – для неразъемного слития металлических частей.

Но все же правильным будет предварительно разобраться в функциональных особенностях каждого аппарата, а уж потом оценивать финансовую сторону и размеры.

В данном материале будут освещаться именно отличительные стороны сварочного инвертора и сварочного трансформатора.

Будем надеяться, что предоставленная нами информация поможет в сложном выборе для новичков, любителей, а также окажется полезной для профессионалов.

Плюсы и минусы трансформатора

Трансформатор можно назвать классикой сварки, поскольку он используются уже более ста лет. Но нарастающий прогресс вывел на рынок его достойного конкурента – инверторный аппарат.

Трансформаторные устройства, как новые так и более устаревшие, направлены на выполнение сварных соединений путем плавки электрода.

Этот метод, несмотря на свое долговременное существование, успешно применяется и сейчас. Особенно он востребован у новичков, поскольку он понятен и прост.

Главным отличием трансформаторного сварочного аппарата от инверторного является то, что они работают на разном токе. Первый – на переменном, второй-на постоянном.

Важно, что работа с использованием переменного тока является более сложной, особенно если еще нет достаточного опыта. Сварные соединения формируются неравномерно, потому что сложно обеспечить постоянное горение дуг.

Проблемы при работе с трансформаторами могут возникать еще из-за того, что нужно постоянно подстраивать уровень сопротивления под размер побочной напряженности холостого хода.

То есть нужно следить и изменять по потребности то один, то второй показатель. У инверторного устройства с этим проще. В нем предусмотрена специальная кнопка регулировки силы тока.

Поэтому освоение трансформаторных настроек может потребовать больше времени.

Однако, трансформаторы имеют более мощные показатели и могут варить даже толстые металлические изделия. Они находятся в более низком ценовом диапазоне, не требуют особого ухода, легки и недороги в починке.

Но при всех этих достоинствах, существенным минусов является их размер. Кроме того, транспортабельность большинства трансформаторов представляет определенные сложности, поскольку вес может достигать сотни килограмм.

И даже если вы уже выбрали какой-то вариант, рекомендуем Вам узнать поподробнее об инверторах и их преимуществах.

Плюсы и минусы инвертора

Инверторный аппарат — это более продвинутый вариант для сварочных работ. Среди его преимуществ можно выделить его размер и вес (обычно до 10 килограмм), а также наличие упрощающих процессов поджигания дуги и препятствующих возникновению брака.

Сейчас выбор инверторных устройств очень велик. Они стабильно набирают свою популярность среди непрофессионалов.

Поскольку инверторные преобразователи — это целая категория аппаратов, незнающие люди могут запутаться в понятиях. Обычно профессионалы считают инверторами только те модели, которые предназначены исключительно для ручной варки с помощью дуг.

В случае, когда для варки применяют аргон или другой газ, аппарат считается полуавтоматическим. И понятие инвертор к нему обычно не применяют.

Резюмируя вышесказанное, согласимся, что будем называть инверторами только устройства для ручной дуговой сварки. Все другие виды сварок обычно выполняются полуавтоматами.

С целью облегчить выбор, о плюсах и минусах сварочного трансформатора и инвертора расскажем более детально.

Рассмотрим технологические и технические характеристики инвертора. Он чуть сложнее, чем кажется на первый взгляд, поскольку внутри содержит целый блок электро-схем.

Именно благодаря такой «начинке», даже очень компактное устройство, по тяжести не превышающее пяти килограмм, имеет большой функционал.

Очень удобными опциями инвертора будут «стабилизация горения при сложных работах с тонкими материалами» (ARC FORCE), ANTI STICK и «Горячий старт» (HOT START). Иногда они просто незаменимы для качественного и беспроблемного сварочного соединения.

Как сделать выбор

При выборе между сварочным трансформатором или сварочным инвертором, стоит обратить внимание на позитивные и негативные моменты этих видов. Они не всегда очевидны на первый взгляд, особенно для непрофессионалов.

Что эти аппараты из себя представляют в общих чертах, мы уже выяснили. Но какой их них лучше выбрать? Какой будет более подходящим? Однозначного ответа для всех дать нельзя. Есть много аспектов, о которых мы вам и расскажем.

Заметим, что оба они абсолютно разные. Это различие и по внутренней «начинке», и по механизму работы, и по функциональным регулировкам. Разные они также по своему размеру и тяжести.

Новичкам чаще более удобным кажется инвертор, потому что он оснащен дополнительным функциями, помогающим в работе. Но их мощность и надежность иногда уступают по свои показателям.

Трансформатор более сложный в использовании для новичков, но по мощности выше и возможности его шире. Но здесь все будет зависеть от опыта и, выработанных на практике, правильных настроек аппарата.

Поэтому можно советовать покупку трансформатора всем, кто планирует серьезно и регулярно заниматься сваркой без существенных трат на инверторный аппарат с необходимой мощностью.

Если у вас ограничены финансовые ресурсы, но при этом хочется иметь надежный сварочный аппарат, выбирайте трансформатор.

У него возможностей больше, чем у среднего бытового инвертора. Но придется дополнительно обучаться правильно настраивать этот аппарат.

Если же регулярная сварка-не ваша постоянная работа, и аппарат нужен вам несколько раз в год для бытовых целей (например, на даче или в гараже), удачным выбором будет инвертор.

С ним не нужно долго оттачивать мастерство. Да и перевезти этот аппарат намного проще. Но и его мощность, сравнительно с трансформатором, чуть поменьше. Или нужно потратить деньги на дорогой инвертор профессионального уровня.

Выпрямитель — отдельная история

Знающие свое дело, сварщики могут обвинить нас в том, что мы совершенно опускаем из вида еще один вид сварочного оборудования – выпрямитель. Далеко не все знают об этих аппаратах. Но не стоит их недооценивать, особенно сварщикам-новичкам.

Выпрямитель немного похож на своим характеристикам на трансформатор, особенно в части габаритов. Его мощность также не уступает. Но он отличается тем, что использует постоянный ток, как и инвертор.

И поэтому, работая с ним, не сталкиваются с проблемами горения дуги и аккуратности сварочного шва. А для новичков такой показатель очень удобен, и практическое освоение аппарата не вызывает лишних вопросом.

Большая часть выпрямителей приспособлены для ручной дуговой сварки, поэтому тоже могут применяться в этих целях. Из-за того, что они не оснащены множеством электроники, их надежность не вызывает сомнений.

Даже не стоит сравнивать выпрямитель или трансформатор с любым простым инверторным аппаратом.

Поэтому выпрямитель будет удачным вариантом и для начинающего сварщика и для его опытного коллеги. Особенно, если трудно понять среди характеристик трансформаторов и инверторов.

Подведем итог

Сомневающимся между инвертором и трансформатором, нельзя однозначно посоветовать, какой аппарат будет лучше. Справляется с ручной дуговой сваркой каждый их них.

Хотя их суть принципиально разная. В любом случаем надо учитывать потребности и задачи.

Для бытовых целей (для дачников или автолюбителей) достаточно обычного инвертора. Он станет понятным и негромоздким помощником в хозяйстве.

Тем, кто в будущем хочет освоить и применять сварочное дело, более надежным будет более мощный аппарат: трансформатор или выпрямитель.

И хотя по весу и габаритам они менее компактны, но сила выдаваемого тока даже в простых моделях достигает трехсот Ампер.

Но не стоит забытьвать, что качество сварочного шва, при работе с трансформатором или выпрямителем, зависит только от мастерства сварщика и выставленных вручную настроек аппарата. Они лишены многих вспомогательных функций.

Но это может быть положительным стимулирующим моментом. Получив навыки работы с трансформатором, просто будет работать с любым из доступных сварочных апаратов – и с трансформаторным, и с инверторным, и с полуавтоматом.

А новички успешно могут применять для бытовых и других целей аппараты-выпрямители. Желаем вам удачи в освоении вашего сварочного аппарата!

Отличие сварочного инвертора от сварочных аппаратов типа трансформаторы и выпрямители

Принцип работы трансформаторного сварочного аппарата

Современные трансформаторные сварочные аппараты отличаются надежностью и неприхотливостью. Работают они на частоте 50 Гц. Электрический ток преобразовывается с помощью трансформатора. Происходит это следующим образом. Сначала ток напряжением 220В подается на первичную обмотку трансформатора. Он намагничивает составной сердечник, который создает переменное магнитное поле. В результате возникает переменный ток во вторичной обмотке, но его параметры уже другие: напряжение – 50-90В, сила тока – 100-200А. Последняя величина напрямую зависит от количества витков во вторичной обмотке трансформатора. Регулируется она механическим путем. Пример такого устройства – WESTER ARC 130.

Так выглядят сварочные трансформаторы

Впервые электросварку на практике использовал русский изобретатель Н.Н. Бенардос в 1881 году.

Другие типы сварочного оборудования

Выпрямитель от трансформаторного аппарата отличается наличием полупроводников, выпрямляющих электроток, расширяются возможности сварки. При смене полюсов можно сместить область максимального разогрева:

• при прямой полярности сильнее греется электрод;
• при обратной – свариваемые заготовки в зоне сварки.

Отличие полуавтоматов в применении сварочной проволоки, подающейся в зону нагрева автоматически. Полуавтоматические аппараты создают на трансформаторной и инверторной базе. Трансформаторный полуавтомат с газовым оборудованием применяется в автомастерских, на производстве, нет особых требований к условиям хранения и транспортировки. Инверторный более капризный, необходим для работы с тонким металлом, нержавеющими сплавами, алюминием.

Отдельно выделяют генераторы, преобразующие в электроток механическую энергию двигателя. Такие аппараты выдают постоянный и переменный ток, работают от сети и на жидком топливе.

Сварщики для большого объема работ предпочитают трансформаторные устройства. Новичкам желательно приобретать небольшие инверторные модели. В автомастерских обычно нужно различное оборудование.

Принцип работы сварочного инвертора

Серийное изготовление сварочных инверторов было налажено около 30 лет назад. Более точное их название – выпрямители с транзисторным инвертором. Главное отличие сварочных аппаратов этого типа – в последовательности преобразований электрического тока. В этих приборах ему приходится менять свои характеристики несколько раз. Сначала ток выпрямляется и становится постоянным, проходя через полупроводник. На следующем этапе его пропускают через фильтр для дополнительного сглаживания. Затем ток поступает в инвертор и преобразуется в переменный частотой порядка 100 кГц. После этого он попадает в трансформатор, в котором напряжение понижается, а сила тока увеличивается. Далее он поступает в высокочастотный фильтр и затем в выпрямитель. На выходе получается постоянный ток требуемых параметров.

За счет таких сложных преобразований удалось уменьшить габариты сварочного аппарата. Пример такого устройства – ELITECH АИС 200 ПНС.

Так выглядит сварочный инвертор

Конструкция

Несмотря на то, что внешне все оборудование очень похоже, так как состоит из корпуса, на котором есть датчики и ручки настроек, а также подключенные провода и держатели, внутренне сварочные трансформаторы значительно отличаются от инверторов. Трансформаторы появились раньше, поэтому, они более простые. В них входят преимущественно катушки, расстояние между которыми регулируется, изменяя величину тока. Его конструкция более простая и надежная в эксплуатации. За счет меньшего количества деталей здесь поломки случаются значительно реже. Также тут есть зависимость от скачков напряжения в сети.

Сварочный трансформатор

В инверторе имеется множество электроники, которая управляет сварочным процессом. Она может быстрее перегреваться, так что нужно следить за температурой аппарата, а также чувствительна к встряскам, ударам и прочим повреждениям. Они менее надежны в плане работы, но обеспечивают более широкий диапазон параметров. Здесь часто присутствуют дополнительные функции, обусловленные особенностями конструкции модели.

Сварочный инвертор

Преимущества инверторного аппарата

• КПД устройств достигает 95 %. Потери энергии минимальны.
• Аппараты отличаются повышенной электробезопасностью.
• Их можно без последствий подключать к обычной бытовой сети.
• Устройства имеют очень широкий диапазон регулирования силы тока. Благодаря этому возможно использовать разные типы электродов и подбирать требуемый режим сварки для металлов.
• Вся работа приборов регулируется управляющими схемами и микропроцессорами. Это обеспечивает легкий поджиг и стабильное удержание дуги.
• Напряжение и сила тока в инверторных аппаратах регулируются плавно.
• Аппараты комплектуются защитой от перепадов сетевого напряжения.
• Сварку можно вести в любых пространственных положениях.

Аргонодуговая сварка

Название данного метода, как не сложно догадаться, происходит от газа, который используется в качестве защитного. Аргонодуговой сваркой можно создавать конструкции, соединяя между собой металлы, которые другими способами соединить не удается.

Отличительные особенности

Аргон тяжелее кислорода, поэтому он легко проникает в сварочную ванну и защищает ее от окисления кислородом. Сварка данным методом проводится как с использованием обычных, плавящихся электродов, так и вольфрамовых, которые не плавятся в процессе работы (метод TIG).

Сварка происходит следующим образом.

1. Аргон подается в горелку и выходит через ее сопло.
2. Между металлом, предназначенным для соединения, и электродом загорается электрическая дуга. Поскольку дуга имеет высокую температуру, начинают плавиться кромки соединяемых деталей.
3. В место, где работает дуга, подается присадка, в качестве которой может выступать проволока. Подача оснастки может быть либо автоматической, либо ручной.
4. Проволока, плавясь, заполняет промежуток между соединяемыми элементами, образуя шов.
5. В процессе работы агрегата происходит охлаждение горелки водой через систему трубок, подведенных к ней.

Стоит заметить, что розжиг дуги в среде аргона произвести практически невозможно из-за высокого показателя ионизации данного газа. Чтобы это сделать, требуется более высокое напряжение. Поэтому для розжига дуги используют прибор, называемый осциллятором, который подает высоковольтное и высокочастотное напряжение на электрод. Благодаря этому обеспечивается ионизация газа в промежутке между электродом и свариваемым металлом, где и происходит возникновение электрической дуги.

Сфера применения

Аргонный метод сварки широко используется для соединения всех видов металлов. Но в большинстве случаев его применяют для сварки алюминия и нержавейки на станциях техобслуживания. Если требуется заварить радиатор или трубку в кондиционере, трещину в корпусе коробки передач, то лучшего способа, чем аргонодуговая сварка, не найти.

Кроме этого, аргоновый аппарат используют для сварки дюралюминия, чугуна, титана, меди, силумина и других металлов, в том числе цветных и сплавов на их основе. Еще сварочный аргонный аппарат применяют для соединения деталей сложной формы, например, при создании кованых изделий для интерьеров: ограждения каминов, предметы мебели, люстры, ворота и т.д.

Плюсы и минусы

К достоинствам аргонного агрегата можно отнести следующее:

• надежное и герметичное соединение;
• благодаря малому нагреву соединяемых частей не происходит тепловая деформация изделия;
• можно соединять разнородные металлы;
• работы по сварке материалов выполняются с высокой скоростью.

Недостатки аргонодуговой сварки:

• сложное оборудование;
• для работы с оборудованием требуются квалифицированные, опытные специалисты.

Недостатки инверторного аппарата

• Их стоимость значительно превышает аналогичный показатель сварочных трансформаторов.
• Устройства чувствительны к пыли. Она может быть причиной выхода из строя.
• Инверторные сварочные аппараты плохо переносят повышенную влажность и низкие температуры. Хранить их нужно только при положительной температуре.
• При нарушении правил эксплуатации выходит из строя блок с силовыми транзисторами. Его замена может обойтись в половину стоимости аппарата. Ремонт устройства – очень дорогая процедура.

В итоге отличие инвертора от сварочного аппарата трансформаторного типа с точки зрения пользователя заключается в следующем: он мобильный, обеспечивает отличное качество швов, с ним удобно работать. Эти функциональные преимущества обеспечиваются электроникой и автоматизацией процессов. По этой же причине такие устройства дороже стоят. Сварочные трансформаторы – это своеобразные «рабочие лошадки». Их следует использовать тогда, когда не предполагается перемещение устройства и не требуется высокое качество сварки.

Выпрямитель — отдельная история

Знающие свое дело, сварщики могут обвинить нас в том, что мы совершенно опускаем из вида еще один вид сварочного оборудования – выпрямитель. Далеко не все знают об этих аппаратах. Но не стоит их недооценивать, особенно сварщикам-новичкам.

Выпрямитель немного похож на своим характеристикам на трансформатор, особенно в части габаритов. Его мощность также не уступает. Но он отличается тем, что использует постоянный ток, как и инвертор.

И поэтому, работая с ним, не сталкиваются с проблемами горения дуги и аккуратности сварочного шва. А для новичков такой показатель очень удобен, и практическое освоение аппарата не вызывает лишних вопросом.

Большая часть выпрямителей приспособлены для ручной дуговой сварки, поэтому тоже могут применяться в этих целях. Из-за того, что они не оснащены множеством электроники, их надежность не вызывает сомнений.

Даже не стоит сравнивать выпрямитель или трансформатор с любым простым инверторным аппаратом.

Поэтому выпрямитель будет удачным вариантом и для начинающего сварщика и для его опытного коллеги. Особенно, если трудно понять среди характеристик трансформаторов и инверторов.

Преимущества и недостатки трансформаторов

Основные плюсы трансформаторных источников электродуги:

• Высокая мощность;
• Сравнительно простое устройство;
• Несложный ремонт и обслуживание.

Из недостатков отметим:

• Невозможность работы при нестабильной электросети;
• Большое энергопотребление;
• Высокая мощность подключения;
• Внушительные габариты, сложность транспортировки.

Трансформатор из-за мощности подключения, энергопотребления – не самый лучший вариант для бытовой электросети. В то же время на производстве, при интенсивной эксплуатации, он порадует надежностью.

Трансформатор или инвертор: что лучше?

Итак, теперь вы знаете, что такое трансформатор и инвертор, и каковы их отличия. На этом этапе у вас наверняка возник вопрос: «А какая сварка лучше инвертор или трансформатор?». Мы вас огорчим, но короткого ответа не существует. Поскольку есть множество нюансов. Но, обо всем по порядку.

Прежде всего, трансформатор и инвертор — это два совершенно разных аппарата. У них разное устройство, разный принцип действия, разный способ настройки. Различаются даже габариты и вес.

Инверторы более дружелюбны к начинающим, поскольку снабжаются дополнительными функциями, упрощающими сварку. Но при этом они менее надежны и недостаточно мощные. Трансформаторы сложны в освоении и здесь качество шва напрямую зависит от выбранных настроек и мастерства самого сварщика. Зато они гораздо мощнее и предоставляют вам больше возможностей в будущем.

Отсюда следует простой вывод: трансформаторы необходимы тем, кто всерьез хочет освоить сварочное дело, но не готов тратить большие деньги на мощный инвертор. Трансформатор за сравнительно небольшую цену даст вам гораздо больше возможностей, чем бытовой инвертор. Но вам придется потратить немало времени на изучение теории по настройке такого аппарата.

А вот инвертор понравится всем дачникам и гаражным умельцам, которым нужно пару раз в году что-то подварить. Они не хотят долго разбираться с настройками и возиться с транспортировкой аппарата. Но чтобы получить более мощный аппарат, им придется купить дорогой профессиональный инвертор либо тот же трансформатор.

А как же выпрямители?

Опытные мастера наверняка заметили, что в этой статье мы не рассказали про еще один интересный тип сварочного оборудования. Речь идет о выпрямителях. Многие новички даже не слышали о таких аппаратах, хотя выпрямитель может стать идеальным вариантом при выборе первого сварочника.

Выпрямитель во многом схож с трансформатором. Он такой же громоздкий и мощный. Но есть одно ключевое отличие. Дело в том, что трансформаторный аппарат осуществляет сварку на переменном токе. Отсюда и множество трудностей с поджигом дуги и ведением шва. Выпрямитель лишен этого недостатка. Он, как и инвертор, осуществляет сварку на постоянном токе. Поэтому новичку проще поджечь дугу и в целом управляться с аппаратом.

Большинство выпрямителей заточены так же под ручную дуговую сварку, так что с этим у вас не будет проблем. Выпрямитель так же надежен, как и трансформатор, поскольку в нем редко встречаются электронные компоненты. Ни один дешевый бытовой инвертор не сравнится по надежности с выпрямителем или трансформатором.

Именно поэтому, задавая вопрос «Что лучше: сварочный трансформатор или инвертор?» вспомните про выпрямитель. Это отличный аппарат как для новичка, так и для практикующего мастера.

Стоимость

Последний фактор, который отличает продукцию между собой – это ценник. Здесь преимущества трансформатора очевидны, ведь стоимость обычно в 2-3 раза дешевле. Но нельзя забывать о сопутствующих тратах, куда входит электроэнергия, обслуживание, а также качество конечного результата.

Именно поэтому недостатки инвертора по данному критерию полностью нивелируются. В общем разрезе цена на оборудование и специальные комплектующие составляет не более 5-8 %. Поэтому суммарная экономия от использования магазинного изделия нового типа будет сохранять около 10% средств.

Чем отличается сварочный аппарат от инвертора?

При необходимости самостоятельного проведения сварочных работ возникает вопрос: какого типа сварочный аппарат приобрести. Сварка — это создание неразъёмных соединений между свариваемыми частями на уровне атомов. Сварное соединение является одним из самых прочных и поэтому применяется довольно часто.

При электросварке нагрев и плавление металла происходит за счёт образования электрической дуги между торцевой частью электрода и свариваемой поверхностью. Источники образования и поддержания дуги делятся на несколько типов:

1. Трансформаторные.
2. Инверторные.
3. Выпрямители.
4. Сварочные агрегаты на основе двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотрим два типа, нашедших наиболее широкое применение: сварочный аппарат на основе трансформатора и инверторный источник электрической дуги.

Трансформаторный сварочный аппарат

Это самый простой из сварочных аппаратов, использующий переменный ток сети. Работает за счёт трансформатора, который регулирует напряжение сети до сварочного. Трансформаторные или индукционные сварочные аппараты имеют деление по следующим признакам:

• Мощность (чем больше сила сварочного тока, тем более толстый металл возможно обрабатывать).
• Количество постов, то есть рабочих мест (сколько человек одновременно могут работать).
• Напряжение (однофазная или трёхфазная сеть).

Преимуществом его является более простая и надёжная конструкция, невысокая стоимость, высокая ремонтопригодность.

Трансформаторный сварочный аппарат

К недостаткам относят зависимость дуги от скачков напряжения сети, большой вес и габаритные размеры, сильный нагрев во время проведения работ.

Что такое инвертор?

Инверторный сварочный аппарат или просто инвертор — один из источников энергии для электродуговой сварки, в основе которого лежит использование тока высокой частоты

. Его работа осуществляется за счёт силовой электроники и небольшого трансформатора.

Инверторный сварочный аппарат

Достоинствами его признано низкое энергопотребление, компактность, небольшой вес и размеры, достаточно высокое качество шва.

К отрицательным сторонам инвертора можно отнести относительно высокую стоимость, боязнь влаги, пыли и низких температур (характерно для бюджетных моделей), чувствительность к скачкам напряжения, дорогостоящий ремонт.

Что общего у инвертора и трансформаторного сварочного аппарата

Сходство этих аппаратов в их назначении — образование и поддержание электрической дуги. Но есть ещё некоторые моменты, которые их объединяют:

• Рассматриваемые аппараты объединяет наличие трансформатора, но разного размера. За счёт предварительного получения тока высокой частоты, в инверторах нет необходимости в использовании больших трансформаторов. Для получения тока 160 А нужен трансформатор весом 0,25 кг. Для получения такого же тока в индуктивных аппаратов необходим трансформатор весом 18-20 кг.
• Возможность плавной регулировки тока. Трансформаторные аппараты имеют такую возможность благодаря изменению величины воздушного зазора в магнитопроводе.
• Питание аппаратов осуществляется от бытовой (220В) или промышленной (380В) сети.
• У большинства сварочных аппаратов есть защита от короткого замыкания.

Чем отличаются инверторный и трансформаторный источник электрической дуги

1. Габариты и вес сварочного аппарата трансформаторного типа больше, чем у инвертора. Промышленные образцы могут весить более ста килограммов.
2. Принцип действия. В инверторе переменный ток сети преобразуется первичным выпрямителем в постоянный, затем снова в переменный ток высокой частоты и далее снова происходит изменение на постоянный на вторичном выпрямителе. У сварочных аппаратов трансформаторного типа сила тока изменяется за счёт изменения положения магнитопровода, то есть сердечника понижающего трансформатора или включения в цепь разного количества витков обмоток.
3. Инвертор имеет более устойчивую дугу, благодаря стабильности сварочного тока, что влияет на качество шва.
4. Разница в конструкции. Инвертор более сложный и может оснащаться следующими дополнительными функциями: HOT START – увеличение начального тока для улучшения поджига сварочной дуги. ARC FORCE — увеличение сварочного тока для ускорения процесса плавления и препятствия залипанию, то есть происходит форсирование дуги. ANTI-STICK – снижение тока при залипании электрода для увеличения времени на его отрыв и защиты от перегрузки.
5. Процесс обучения работе на трансформаторе более сложный и трудоёмкий. Однако, освоив эти навыки, без труда можно работать на инверторе.
6. Инвертор выдаёт постоянный ток, трансформатор работает на переменном с частотой бытовой электросети 50 Гц.
7. Коэффициент мощности инвертора наибольший из всего сварочного оборудования, а КПД превышает трансформаторные аналоги на 20-30%.
8. Широкий диапазон изменения тока сварки.
9. Инвертор имеет такой показатель как коэффициент прерывистости работы (КП). Он определяет время непрерывной работы на максимальном сварочном токе. То есть, если КП равен 50%, то после 10 минут работы ему требуется 5 минут на охлаждение. К трансформаторному сварочному аппарату такие требования не предъявляются.
10. Возможность использования электродов, предназначенных как для постоянного, так и для переменного тока.

На сегодняшний день на рынке довольно широкий выбор оборудования для сварки различных производителей. Выбор сварочного аппарата следует производить исходя из задач, которые с его помощью предстоит выполнять.

Ремонт и строительствоКомментировать

Инверторы с чистым и модифицированным синусом для сети 220В и их работа с различными электроприборами

Содержание:

1.         Вступление. Описание рассматриваемых типов инверторов: трансформаторный, с вч преобразованием, с синусоидальной формой напряжения.
2.        Виды электроприборов с активным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
3.        Виды электроприборов с индуктивным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

4.        Виды электроприборов с емкостным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
5.        Виды электроприборов с выпрямителем на входе и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
6.        Сводная таблица отличий в работе различных типов инверторов с различными типами нагрузок. Заключение.

1.        Вступление. Описание рассматриваемых типов инверторов: трансформаторный, модифицированный синус, чистый синус.

Инвертор- прибор преобразующий постоянное напряжение в переменное. Потребность в инверторах существует для решения задачи питания устройств для бытовой сети 220В 50Гц от источников постоянного напряжения, например аккумуляторов. С развитием электроники эта задача решалась все более сложными методами, дающими более качественные параметры выходной электроэнергии. Однако на практике применяются как современные, так и более архаичные приборы, поэтому рассмотрим основные типы инверторов в историческом порядке.

Первыми появились инверторы на основе трансформаторов работающих на частоте сети 50Гц. Блок-схема инвертора приведена на рис. №1.

Рис. №1. Блок-схема трансформаторного инвертора.

Источник энергии постоянного тока, в самом распространенном случае аккумулятор 12В, подключается к трансформатору через трехпозиционный коммутатор. Коммутатор представляет собой набор электронных ключей, обеспечивающий 3 состояния: к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания положительной полярностью, к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания отрицательной полярностью и состояние когда первичная обмотка закорочена.

Последовательно переключая эти состояния, на первичной обмотке формируется переменное напряжение частотой 50Гц и амплитудой 12В. На вторичной обмотке трансформатора при этом формируется напряжение с той же частотой и формой, однако эффективное напряжение составляет 220В. Графики напряжения на трансформаторе приведены на рис. №2. Выходное напряжение снимается с вторичной обмотки, поэтому имеет такие же параметры.

Рис. №2. Графики напряжения на трансформаторе

Данная форма напряжения называется «модифицированная синусоида» и широко применяется в инверторах для сети 50Гц, поэтому параметры, описывающие ее, рассмотрены более подробно. Вообще параметры, задающие форму модифицированной синусоиды, это амплитуда выходного напряжения и коэффициент заполнения, показывающий отношение длительности импульса к периоду сигнала. Эти параметры задаются при конструировании инверторов. Из соображений того, что инвертор должен заменять сеть 220В 50Гц, обычно выбирается амплитудное значение напряжения модифицированной синусоиды такое же, как и в сети, то есть 311В.

При этом, чтобы обеспечить эффективное напряжение 220в, такое же как и в сети, коэффициент заполнения получается 0.5. Однако в инверторе этого типа амплитуда выходного напряжения получается зависящей прямо пропорционально от напряжения источника. Если в качестве источника энергии используется аккумулятор, а это самый распространенный случай, то его напряжение при разряде понижается, и амплитуда модифицированной синусоиды на выходе преобразователя также понижается, соответственно понижается и эффективное значение напряжение на выходе преобразователя. Для того чтобы улучшить качество энергии на выходе преобразователя в этих условиях часто применяют схемы управления, которые изменяют коэффициент заполнения выходного напряжения таким образом, чтобы поддерживать эффективное напряжение неизменным. Например, инвертор, рассчитанный на напряжение источника 12В, работает от разряженного аккумулятора с напряжением 10В. При этом амплитудное напряжение на выходе снижается пропорционально до 259В. Схема управления изменяет коэффициент заполнения выходного напряжения до 0. 72, при этом эффективное напряжение остается равным 220В. Однако форма напряжения и его амплитуда меняется, что может быть недопустимо для некоторых нагрузок, что будет показано далее.
Так как основным элементом инвертора этого типа является трансформатор 50Гц, возможности по миниатюризации, уменьшении материалоемкости и повышении эффективности работы инвертора весьма ограничены. Поэтому на основе современной элементной базы были разработаны инверторы с вч преобразованием. Блок-схема такого инвертора приведена на рис. №3.

Рис. №3. Блок-схема инвертора с вч преобразованием.
Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного преобразователя постоянного напряжения (dcdc преобразователь). Данный блок преобразует входное напряжение в напряжение, соответствующее амплитуде сетевого напряжения, 311В. Это преобразование происходит с помощью трансформатора, работающего на повышенной (десятки и сотни килогерц) частоте, поэтому габариты и материалоемкость инвертора значительно уменьшились. Выходное напряжение преобразователя подается на коммутатор, аналогичный коммутатору в инверторе трансформаторного типа. График выходного напряжения коммутатора имеет такой же вид, как и напряжение на выходе коммутатора в трансформаторном инверторе, однако амплитуда напряжения достигает 311В. Выход коммутатора является выходом инвертора, и график выходного напряжения соответствует напряжению на вторичной обмотке трансформатора в трансформаторном инверторе (рис.2). Соображения насчет формы выходного напряжения, изложенные выше, справедливы и для данного типа инвертора. Изменение же формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения может происходить либо нет, это зависит от топологии dcdc преобразователя. Если преобразователь стабилизированный, то при изменении входного напряжения выходное напряжение преобразователя не изменяется. При этом также форма и амплитуда выходного напряжения инвертора не изменяется. Однако существуют и более простые разновидности dcdc преобразователей, которые не являются стабилизированными, и выходное напряжение которых пропорционально входному. Для инверторов, собранных на основе таких преобразователей, справедливы заключения насчет изменения выходного напряжения для трансформаторных инверторов.
С развитием электроники появилась возможность создать инверторы с синусоидальной формой напряжения на основе вч преобразования электрической энергии. С помощью данных инверторов возможно получение выходного напряжения, удовлетворяющего стандартам на качество электроэнергии в энергетике, что невозможно для преобразователей ранее рассмотренных типов. Блок-схема инвертора приведена на рис. №4.

Рис. №4. Блок-схема инвертора с синусоидальным выходным напряжением.

Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного преобразователя постоянного напряжения, как и в инверторе с вч преобразованием, рассмотренном ранее. Выходное напряжение инвертора может быть различным в зависимости от конструкции, однако оно должно быть выше амплитудного напряжения сети, то есть выше 311В. Выходное напряжение преобразователя поступает на вч инвертор (dc/ac), представляющий собой управляемый понижающий импульсный преобразователь. Данный преобразователь может устанавливать на своем выходе напряжение по сигналу от схемы управления в диапазоне от нуля до напряжения питания, то есть до напряжения больше 311В. Вч инвертор обычно содержит два таких канала по мостовой схеме, таким образом, напряжение между их выходами может достигать от -311В до +311В, как и в сети 220В. Графики выходного напряжения по обоим выходным проводам и результирующее выходное напряжение инвертора представлены на рис. №5. Из графиков следует, что схема управления подает особый сигнал на каждый канал вч преобразователя, изменяющийся во времени таким образом, что выходное напряжение каждого канала вч преобразователя изменяется по синусоидальному закону с частотой 50Гц, и смещено по фазе на 180? между каналами. Напряжение же между выходами представляет собой синусоиду без постоянной составляющей амплитудой 311В. Изменение формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения не происходит вследствие того что либо dc/dc преобразователь либо вч инвертор исполняются стабилизированными, то есть выходное напряжение не зависит от входного.

Рис. №5. Графики напряжения на выходах инвертора.

2.        Виды электроприборов с активным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с активным характером сопротивления распространены повсеместно. К ним относятся различные виды нагревательных приборов, а также осветительные приборы на основе ламп накаливания. Также распространены комбинированные нагрузки, в которых кроме основного потребителя с активным характером сопротивления присутствуют другие потребители с различным характером сопротивления, однако мощность этих потребителей значительно ниже. Например, нагревательный элемент со схемой контроля температуры. Такие нагрузки также можно считать приближенными к активными, степень приближения определяется отношением мощностей основной активной нагрузки и дополнительной не активной. Вообще активная нагрузка является наиболее простым видом нагрузки для инвертора, потому что выходной ток инвертора в любой момент времени, то есть при любом мгновенном значении выходного напряжения, ограничен и определяется законом Ома. Поэтому допустима любая форма выходного напряжения инвертора, например модифицированная синусоида. Также весь выходной ток инвертора идет на создание выходной активной мощности, поэтому эффективность работы (величина коэффициента полезного действия) инверторов любого типа будет максимальна при данном типе нагрузки.
Для корректной работы активных нагрузок важно лишь среднеквадратичное значение напряжения, а все рассмотренные ранее типы инверторов способны выдавать такое же среднеквадратичное напряжение, как и сеть 220В. Однако потенциально важным моментом для работы с активной нагрузкой является способность инвертора выдавать постоянное среднеквадратичное напряжение при изменяющемся напряжении питания. Все рассмотренные ранее типы инверторов имеют такую возможность при соответствующих функциях системы управления, однако каждая конкретная модель инвертора может иметь или нет подобную функцию.
Также нагрузки с активным характером сопротивления могут быть линейными или нелинейными, то есть сопротивление нагрузки может быть постоянным или меняющимся во времени. Типичным примером нелинейной нагрузки является лампа накаливания, причем отличие в сопротивлении в горячем и холодном состоянии может достигать 10 раз. При работе инвертора с таким типом нагрузки может возникать кратковременное, но значительное увеличение тока нагрузки. В этом случае возможна потеря работоспособности инвертора из-за срабатывания защиты по максимальному выходному току. Однако работа схемы защиты не зависит от типа преобразователя, поэтому различия между работой различных моделей инверторов будут происходить из-за различия в системах защиты, а не из-за принципиального различия в типах инверторов.
Различие между типами инверторов с различной формой        выходного напряжения можно оценить с помощью частотного анализа по гармоническому составу выходного напряжения. Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения содержат в спектре выходного напряжения только основную гармонику 50Гц. Инверторы же с выходным напряжением в виде модифицированной синусоиды содержат в спектре выходного напряжения также высшие нечетные гармоники значительной амплитуды. Так как форма выходного тока при активной нагрузке повторяет форму напряжения, то подобные заключения будут справедливы и про спектр выходного тока. Практически оценить различия в форме выходного тока можно по производимому им акустическому эффекту. Акустический эффект может иметь различную физическую природу, например сила Ампера, вынуждающая колебаться проводники с током, или магнитострикционный эффект в материалах, находящимся в магнитном поле, возбуждаемом током. Акустический эффект может возникать во всех участках последовательной выходной цепи, например в потребителе или соединительных проводах, или в самом инверторе. Человек способен на слух различать гармонический состав производимого акустического эффекта. Так, звук от инвертора с синусоидальной формой выходного напряжения ощущается как однотонный гудящий (низкочастотный) шум. А звук от инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды более тембрально окрашен, с выраженными обертонами, более походящий на стук.

3.        Виды электроприборов с индуктивным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с индуктивным характером сопротивления часто встречаются в технике и в быту. К этим приборам относятся электровибрационные приборы, например бритвы и насосы, осветительные приборы с индуктивными балластами, электромеханические реле, электрические двигатели.
Реальная индуктивная нагрузка представляет собой частично чистую индуктивность и частично активную нагрузку. Для описания индуктивной нагрузки возможно использовать последовательную модель, в которой нагрузка представляется в виде последовательно соединенных индуктивности и сопротивления. Для описания соотношения влияния этих элементов на выходной ток преобразователя используют параметр «коэффициент мощности (КМ)», который определяет отношение активной мощности к полной мощности. При индуктивной нагрузке КМ<1. Таким образом, полная мощность, потребляемая нагрузкой с индуктивным характером сопротивления, будет больше, чем активная мощность, обычно указываемая на электроприборе в качестве номинальной. Поэтому индуктивная нагрузка представляет собой более сложный вид нагрузки для инвертора, потому что выходной ток инвертора идет как на создание выходной активной мощности, так и на запасание энергии в индуктивности (реактивная мощность). Потери энергии в инверторе при работе на нагрузку с индуктивным характером сопротивления будут больше чем при работе на нагрузку с активным характером сопротивления такой же номинальной (активной) мощности. Это очень важное свойство, поскольку часто при эксплуатации инверторов именно уровень потерь энергии, то есть тепловая мощность, нагревающая инвертор, является определяющей для обеспечения работоспособности. Однако для разных типов инверторов степень увеличения потерь при индуктивной нагрузке разная. Это связано с тем, что при различных топологиях построения инверторов путь выходного тока, нагревающего преобразователь, может быть различен и захватывать разное количество составных блоков преобразователя. Рассмотренные типы инверторов относительно данного вопроса разделяются на два вида: однокаскадные и двухкаскадные. Однокаскадным инвертором является трансформаторный инвертор. Выходной ток инвертора проходит через весь инвертор: через выходной трансформатор, в трансформированном виде через ключи инвертора и через источник входного напряжения. При этом нагреваются все вышеназванные компоненты цепи и потери велики. Отличием двухкаскадных инверторов является наличие внутреннего звена постоянного тока. Инвертор с вч преобразованием, с формой выходного напряжения как модифицированной синусоидой так и с чистым синусом, является двухкаскадным инвертором. Он содержит емкостной накопитель энергии на выходе dcdc преобразователя, через который протекает часть реактивного выходного тока. Поэтому через входную часть преобразователя, то есть через dcdc преобразователь и источник входного напряжения, протекает значительно меньшая величина переменного тока, и соответственно эти блоки инвертора меньше нагреваются. Поэтому двухкаскадные типы инверторов могут иметь КПД выше, чем однокаскадные для данного типа нагрузок.
При работе потребителей с индуктивным характером нагрузки от различных типов преобразователей проявляется различие эффективного тока нагрузки. Данный эффект существует потому что для индуктивной нагрузки кроме эффективного напряжения важно еще и среднее значение напряжения за период. Этот вывод следует из закона электромагнитной индукции, согласно которому размах амплитуды переменного тока на индуктивности пропорционален приложенным вольт — секундам (В*С). А среднее напряжение для синусоиды с эффективным напряжением 220В и для модифицированной синусоиды с пиковым напряжением 311В и эффективным напряжением 220В весьма различно и составляет 198В и 156В соответственно. Для определения численного значения различия эффективного тока и активной мощности нагрузки произведено моделирование в среде micro-cap, результаты которого представлены на рис.№6. В качестве нагрузки при моделировании использовалась RL цепочка с КМ=0.7, т.е. ее активное сопротивление и модуль индуктивного сопротивления равны и составляют по 100Ом (величина индуктивности 318мГ).

Ток в нагрузке. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий — при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Активная энергия, выделяющаяся в нагрузке. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий — при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Рис. №6. Графики тока и потребления активной энергии при индуктивной нагрузке.

Из графиков следует, что активная энергия более эффективно потребляется при синусоидальном источнике напряжения, причем разница составляет 16%. Такая же разница будет и в активной мощности. То есть, если подключить нагрузку, предназначенную для работы от сети 220В к инвертору с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды, то потребляемая активная мощность снизится на 16% . Эффективный ток при этом снизится на 9% . Для функционирования нагрузок данное понижение активной мощности будет иметь негативные последствия: электровибрационные приборы понизят механическую мощность, осветительные приборы будут светить тусклее.

4.        Виды электроприборов с емкостным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с емкостным характером сопротивления редко применяются как законченный блок, однако часто встречаются как часть других электроприборов, например емкостные компенсаторы реактивной мощности или фазосдвигающие емкостные цепи для электродвигателей. Так как остальные виды нагрузок рассматриваются в других разделах, имеет смысл рассмотреть отдельно работу инверторов различных типов на реальную емкость. Модель реальной емкости учитывает потери энергии в сопротивлении выводов применяемых конденсаторов и представляет собой последовательно включенные идеальный конденсатор и эмулирующий сопротивление выводов резистор.
Сначала рассмотрим работу инвертора с формой выходного напряжения в виде чистой синусоиды на реальную емкость. Процессы, протекающие в этой цепи аналогичны процессам при работе такой же нагрузки от сети 220В. Как известно, конденсатор в цепи переменного тока представляет собой реактивную нагрузку, то есть полная мощность нагрузки большей частью состоит из циркулирующей от нагрузки к сети и обратно реактивной мощности и лишь небольшая часть полной мощности представляет собой активную мощность потерь. При этом полезный эффект нагрузки создает именно реактивная мощность, а активная мощность представляет собой паразитный эффект, нагревающий как саму нагрузку так и инвертор. Величина активной мощности, выделяющейся в инверторе, пропорциональна выходному сопротивлению инвертора.
Теперь же рассмотрим работу на такую же нагрузку инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды. Для получения наглядных результатов использовалось моделирование в среде micro-cap. Модель инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды представляет собой источник напряжения с формой модифицированной синусоиды и последовательно включенного сопротивления потерь Rг. Для сравнения использовалось моделирование схемы с той же самой нагрузкой, но работающей от источника переменного напряжения 220В 50Гц с таким же выходным сопротивлением. Схемы для моделирования представлены на рис. №7. Номиналы элементов типичны для обычных применений и составляют: Сн=10мкФ, Rн=Rг=1Ом.

Рис. №7. Схемы для моделирования в среде micro-cap
Результаты моделирования представлены на рис. №8. Из графиков тока нагрузки видно, что форма и амплитуда токов весьма различны. Ток нагрузки с синусоидальным источником напряжения имеет также синусоидальную форму и амплитуду 977мА, а ток нагрузки с источником напряжения в виде модифицированной синусоиды имеет вид экспоненциальных импульсов с амплитудой 152А и весьма короткой (десятки микросекунд) длительностью. Такие различия обусловлены тем, что в случае с источником напряжения в виде модифицированной синусоиды конденсатор заряжается от импульсного источника напряжения с высокой скоростью изменения напряжения, для которого конденсатор имеет низкое сопротивление. Поэтому напряжения на сопротивлениях потерь Rг и Rн в импульсе заряда велики и соответственно велики потери. Исходя из графика выделения энергии на сопротивлении потерь, общая мощность потерь составляет для синусоидального источника напряжения 0.95Вт, а для источника напряжения в виде модифицированной синусоиды 98Вт, то есть отличается в сто раз.

Ток в нагрузке. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий — при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Энергия, выделяющаяся в сопротивлении потерь. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий — при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды
Рис. №8. Графики тока и энергии потерь для различных видов источников напряжения.

Можно показать, что мощность потерь при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды не зависит от сопротивления потерь, а только от величины конденсатора. Однако распределение потерь между инвертором и конденсатором пропорционально их внутренним сопротивлениям. Но в любом случае, такой высокий уровень пиковых токов и мощности потерь нежелателен как для инвертора, так и для нагрузки. Немногие типы конденсаторов для сети 220В способны работать с внутренними потерями в 100 раз большими, чем номинальные.
Также высокий уровень токов при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды создает повышенный акустический эффект при работе инвертора. Спектральный состав выходного тока инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды при работе на емкость весьма широкополосен, а амплитуда тока весьма велика, поэтому звуковой эффект производимый этим током весьма громкий и неприятный на слух.

5.        Виды электроприборов с выпрямителем на входе и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с выпрямителем на входе повсеместно встречаются в технике и в быту. К этим приборам относится бытовая электроника с трансформаторным или импульсным блоком питания. Эквивалентная схема подключения такой нагрузки представлена на рис №9. Источник питающего напряжения, в данном случае инвертор, представлен в виде генератора напряжения Vг с сопротивлением потерь Rг. Сам электрический прибор питается выпрямленным напряжением и представлен сопротивлением Rн. Блок питания электроприбора состоит из мостового выпрямителя и фильтрующего конденсатора Сн. Неидеальность конденсатора моделируется последовательным сопротивлением Rк. Сопротивление выпрямителя, входных проводников и трансформатора питания (в случае трансформаторного блока питания) моделируется последовательным сопротивлением Rп.

Рис. №9. Эквивалентная схема подключения электроприбора с выпрямителем на входе.

Работа такой нагрузки сильно отличается при использовании инверторов с различными видами выходного напряжения. Причина этого такая же, как и для емкостной нагрузки и заключается в том, что фильтрующий конденсатор Сн заряжается от входного источника напряжения. Если скорость изменения напряжения велика, как при работе от источника с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды, то потери в элементах цепи увеличиваются многократно. Можно аналитически показать, что при работе от источника с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды общие потери энергии будут зависеть лишь от амплитуды переменной составляющей напряжения на конденсаторе Сн и величины емкости этого конденсатора, и не зависеть от величины сопротивлений Rг, Rп и Rк. От величины этих сопротивлений будет зависеть только распределение потерь среди элементов схемы.
Для получения наглядных результатов снова использовалось моделирование в среде micro-cap. Для сравнения использовалось моделирование схемы с одной и той же нагрузкой, но работающей от инвертора с синусоидальной формой напряжения 220В 50Гц и от инвертора с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды. Номиналы элементов схемы для моделирования составляют: Rн=500Ом, Сн=47мкФ, Rг=Rп=Rк=1Ом. Такие номиналы типичны для блока питания бытовой электроники мощностью 150Вт, например телевизора. Результаты моделирования представлены на рис. №10. Из графиков выходного тока инвертора видно, что форма и амплитуда токов весьма различны для инверторов с различными видами выходного напряжения. Ток инвертора с синусоидальным источником напряжения имеет плавную форму и амплитуду 3.1А, а ток нагрузки с источником напряжения в виде модифицированной синусоиды имеет вид экспоненциальных импульсов с амплитудой 20.2А и весьма короткой (сотни микросекунд) длительностью. Исходя из графика выделения энергии на сопротивлении потерь, общая мощность потерь составляет для синусоидального источника напряжения 3.5Вт, а для источника напряжения в виде модифицированной синусоиды 9.4Вт. Таким образом, общая мощность потерь при работе нагрузки от инвертора с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды почти в 3 раза больше чем при работе той же нагрузки от инвертора с синусоидальной формой напряжения. Так как сопротивления потерь включены последовательно, распределение мощности потерь на каждом конкретном элементе будет тоже сохраняться, поэтому например сам инвертор будет выделять мощности в 3 раза больше, конденсатор и трансформатор блока питания также будут греться в 3 раза больше. Элементы бытовых приборов могут не иметь трехкратного запаса по выходной мощности и выйти из строя в результате питания от инверторов с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды.

График тока в нагрузке. Зеленый график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, красный — при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Энергия, выделяющаяся в сопротивлении потерь. Зеленый график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, красный — при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды
Рис. №10. Графики выходного тока инвертора и энергии потерь для различных видов инверторов.

Как и для емкостной нагрузки, для нагрузки с выпрямителем на входе, высокий уровень токов при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды создает повышенный акустический эффект при работе инвертора. Спектральный состав выходного тока инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды при работе на нагрузку с выпрямителем на входе весьма широкополосен, а амплитуда тока весьма велика, поэтому звуковой эффект производимый этим током весьма громкий и неприятный на слух. При этом производить звуковой эффект может любой элемент схемы, через который протекает выходной ток инвертора, этот элемент может находиться в инверторе или в подключаемом электроприборе, или в соединительных проводах.

6.        Сводная таблица отличий в работе различных типов инверторов с разными видами нагрузок. Заключение.

Для того чтобы систематизировать выявленные в предыдущих частях статьи отличия в работе различных типов инверторов с разными видами нагрузок была составлена табл. №1. Для сравнения акустического эффекта, тепловых потерь в нагрузке и эффективной мощности для одинаковых нагрузок в качестве отсчета была выбрана сеть переменного напряжения 220В 50Гц. Для сравнения потерь в инверторе разных типов, но с одинаковым выходным сопротивлением, в качестве отсчета был выбран инвертор с синусоидальной формой выходного напряжения.

Табл. №1. Сводная таблица отличий в работе различных типов инверторов с разными видами нагрузок.

.	.	Виды инверторов
Виды нагрузок	Параметры	Трансформаторный	ВЧ модиф. синус	Вч чистый синус
Активная	Эффективная мощность	Как при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
.	Акустический эффект	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
Индуктивная	Эффективная мощность	Меньше чем в сети 220В	Меньше чем в сети 220В	Как при работе от сети 220В
Емкостная	Потери в нагрузке	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
.	Потери в инверторе	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	.
.	Акустический эффект	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
С выпрямителем	Потери в нагрузке	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
.	Потери в инверторе	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	.
.	Акустический эффект	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В

Как следует из таблицы, применять для питания всевозможных типов нагрузки, не опасаясь негативных эффектов возможно только инверторы с выходным напряжением в виде чистой синусоиды. Инверторы с выходным напряжением в виде модифицированной синусоиды, возможно применять без опасений для питания активных нагрузок при невысоких требованиях к акустическому эффекту.

Перейти в каталог Инверторы

Повышающий трансформатор. Как увеличить мощность с помощью трансформатора?

ГлавнаяРазноеПовышающий трансформатор

Как сделать повышающий трансформатор 🚩 повышающие трансформаторы напряжения 🚩 Комплектующие и аксессуары

Еще несколько лет назад даже самодельная модель трансформаторного сварочного аппарата вызывала у его обладателя законную гордость. Но теперь особый интерес у сварщиков вызывают сварочные инверторы. На специализированных форумах в интернете разворачиваются жаркие дискуссии относительно преимуществ и недостатков того и другого вида аппаратов. Чтобы сделать правильный выбор, нужно разбираться в особенностях трансформатора и инвертора.

Чем специалистов не устраивает трансформатор? Прежде всего, он отличается недостаточной устойчивостью дуги и невысокой стабильностью режима работы. Последний параметр существенно зависит от колебаний напряжения в сети. В этом отношении инвертор обладает неоспоримыми преимуществами. Он гарантирует наличие стабилизированного тока, который не зависит от колебаний напряжения. При работе инвертором наблюдается малое разбрызгивание и устойчивая дуга.

От обычного трансформатора инвертор отличается тем, что работает по принципу сварочного выпрямителя. Если частота напряжения высока, общие габариты и вес устройства для обеспечения одной и той же энергии будут минимальными. Для этого в схему инвертора включаются выпрямители и управляющие элементы. Специалисты утверждают, что сама работа с инвертором намного приятнее, чем обращение с трансформатором.

Чем определяется такое уважение потребителей к инвертору? С инвертором удобнее работать, поскольку он дает возможность плавно регулировать ток сварки. Некоторые модели имеют дополнительные функции управления этим рабочим параметром. Например, чтобы начать сварку без всяких задержек и вспомогательных касаний изделия электродом, используется функция «горячий старт», которая увеличивает ток на начальной фазе сварочных работ.

Для тех, кому приходится использовать сварку не от случая к случаю, а регулярно, очень важно, что инвертор, в отличие от трансформатора, потребляет значительно меньше электрической энергии. По этой причине его без лишних хлопот можно подключать к бытовой сети или к автономному источнику питания, например, к дизельной установке.

На выбор сварочного агрегата, несомненно, влияют и физические параметры. Большим преимуществом инвертора становятся его малые размеры и незначительный вес. Достичь этого удается, повышая частоту напряжения. Некоторые модели инвертора вполне можно переносить на плече, ведь весит такая «малютка» не более трех-четырех килограммов, позволяя в то же время работать со стандартными электродами. Управляться с трансформатором даже физически подготовленному сварщику значительно сложнее.

www.kakprosto.ru

Хорошо известный повышающий трансформатор…

Каждая область техники имеет свои знаковые устройства, глядя на которые однозначно понимаешь что, куда, откуда. Парус – это море, яхты, корабли. Пропеллер – авиация, самолеты, колесо – велосипед, автомобиль и т.д. И не всегда мы задумываемся над тем, что когда-то эти ныне простые и такие понятные устройства были очередным, иногда трудным, шагом в становлении целой отрасли техники или машиностроения.

Такая история и у хорошо известного представителя электротехники – трансформатора. В далеком уже 1831 году Фарадей вошел в историю открытием электромагнитной индукции – основного принципа работы трансформатора. Только через 45 лет русскому ученому П. Н. Яблочкову был выдан патент на изобретение трансформатора. Две обмотки, расположенные на незамкнутом сердечнике, подтвердили возможность трансформировать, т.е. преобразовывать, изменять токи и напряжения. Самым первым был изготовлен повышающий трансформатор. Современные трансформаторы имеют размеры от сооружений в несколько этажей до крохотных изделий меньше 1 см, а их производство – это ведущая отрасль электротехнической промышленности.

В технике применяется огромное число трансформаторов различного назначения и каждый из них имеет свое специфичное название. Например, широкое применение в электролабораториях имеет повышающий трансформатор напряжения, который при выходном напряжении в несколько киловольт имеет напряжение питания 220 В.

Итак, трансформатор — что же это такое? Классическое определение звучит так: трансформатор – это электрическая машина, преобразующая ток входного источника питания в ток вторичной обмотки с другим напряжением. Трансформатор работает с напряжением переменного тока, т.к. эффект индукции проявляется только при изменении электромагнитного поля. Передача (трансформация) энергии проходит через преобразование электрической энергии в обмотках сначала в магнитное поле, и далее — переход обратно в электрическую энергию тока, но уже во вторичной обмотке. Если вторичная обмотка по числу витков превышает первичную, то имеем повышающий трансформатор, а если подключить обмотки наоборот, то и трансформатор будет «наоборот» — понижающий.

Допустим, что необходимо в гараже, имеющем электрическую сеть 36В, подключить электропотребитель, например, блок зарядки аккамулятора с питанием 220В — типичный случай для того, чтоб применить повышающий трансформатор. Решение такой практической задачи рассмотрим пошагово.

1. Мощность зарядного устройства возьмем из паспорта – скорее всего это будет что-то около 100 Вт. Понимая, что всегда нужно иметь запас на будущее и с учетом КПД будущего трансформатора примерно 0,9, принимаем мощность первичной обмотки 150 Вт.

2. Выбираем магнитопровод. Легче всего достать О-образный магнитный сердечник (от старого телевизора). Для нас подойдет любой, у которого сечение не меньше, чем следует из соотношения: Р1= S*S/1,44 , где Р1 и S – мощность трансформатора в Ваттах и поперечное сечение сердечника в см кв. Расчет дает значение S=10,2 см2.

3. Следующий шаг самый важный при «строительстве» трансформатора – определяется количество витков на 1В: N= 50/S = 50/10,2 = 4,9 витков/В. Теперь совсем легко рассчитать количество витков(или, как говорят, «намоточные данные»), первичной и вторичной обмоток: W1=36*N=176 витков и W2=220*5= 1078 витков.

4. Определим токи обмоток. Исходим из того, что мощность каждой из обмоток примерно 150 Вт. В таком случае, рабочие токи обмоток: J1 = 150/36=4,2А и J2 = 150/220=0,7А.

5. Теперь есть все данные для определения диаметров проводов обмоток. Так и сделаем: для первичной обмотки d1=0,8*√J1=0,8*2,05=1,64мм кв. ;

аналогично для вторичной обмотки d2=0,8*√J2 = 0,8*0,84=0,67 мм кв.

Для намотки обмоток выбираем диаметры, ближайшие из стандартных.

Все! Расчет окончен, но можно ли изготовить повышающий трансформатор своими руками? Как говорится — нет ничего проще, если сильно нужно. Реальная потребность — это основная движущая самоделкинами сила, так что дальше ручками, ручками.

6. Изготавливают два каркаса по выбранному магнитопроводу.

7. На каркасы плотной укладкой наматывают по половине первичной обмотки и изолируют ее стекло- или лакотканью .

8. Далее укладывают на каждый каркас по половине вторичной обмотки и также покрывают их лакотканью.

9. Сборка магнитопровода, стяжка его частей хомутом – проблема не очень сложная. При сборке магнитопровода желательно его половинки склеить любым составом с применением ферропорошка – это позволит исключить «гудение» устройства при работе.

Вот и все! Наша самоделка, стоит думать, будет работать долго и в радость. А кто бы сомневался!

fb.ru

Повышающий трансформатор напряжения для дома — больше минусов, чем плюсов.

	Главная › Решения › Статьи › Повышающий трансформатор для дачи или частного дома
	Преобразование напряжения присутствует повсеместно в любой области нашей жизни и деятельности. Самые яркие и понятные примеры: зарядные устройства для аккумуляторов, блоки питания, инверторы для автономного электроснабжения и т.д. Есть много устройств, решающих эту задачу тем или иным способом, одно из них — это трансформатор напряжения. Рассмотрим его немного подробнее, не погружаясь в излишние сложности. Трансформатор напряжения Изменяет величину напряжения в большую или меньшую сторону в зависимости от соотношения числа его обмоток: первичной, на которую подаётся исходное напряжение; вторичной, с которой снимается его преобразованное значение. Все обмотки намотаны на общем сердечнике (магнитопроводе). Если число витков у вторичной обмотки больше, чем у первичной, то это повышающий трансформатор, если меньше — понижающий. Трансформатор напряжения Мощность трансформатора напряжения зависит от сечения проводов обмоток, а габариты и вес — от типа сердечника и материала проводов (медь или технический алюминий). По исполнению он может быть одно- и трёхфазным. Самым компактным и лёгким является автотрансформатор, в котором всего одна обмотка. Повышающий трансформатор Первая мысль, которая приходит на ум, когда напряжение в сети всё чаще и чаще становится низким, поставить повышающий трансформатор. На первый взгляд кажется, что это — простое и отличное решение, и теперь, наконец-то, будет нормальное напряжение, яркое освещение и стабильно работающие электроприборы. Но не всё так просто в сказочном королевстве, и прежде чем купить повышающий трансформатор напряжения, цена на который уж очень привлекательна, задумайтесь об одной особенности его работы: он имеет постоянный коэффициент повышения напряжения (коэффициент трансформации). Рассмотрим это на примере. Повышающий трансформатор Предположим, что у вас сетевое напряжение порядка 170 вольт. Чтобы повысить его до 220, нужен трансформатор с коэффициентом трансформации 1.29 (220/170). Вроде бы всё хорошо и логично получается, за исключением одного: если напряжение в сети станет нормальным 220 вольт, то на выходе трансформатора будет уже очень высокое напряжение 285 вольт (220*1.29)! Не все электрические приборы способны выдержать такое перенапряжение в течение даже небольшого времени. Так и до пожара недалеко! Как вариант, можно приобрести регулируемый автотрансформатор, т.н. ЛАТР, в котором предусмотрен ручной регулятор выходного напряжения. Но и он не будет являться надёжным решением, т.к. придётся постоянно контролировать значение выходного напряжения по индикатору и корректировать его вручную, особенно во время максимальной нагрузки электросети со стороны соседей. Если вовремя этого не делать, то при первом же скачке в электросети напряжение на выходе ЛАТРа тоже резко повысится, и подключенные электроприборы вполне могут перегореть. Поэтому повышающие трансформаторы напряжения применимы лишь тогда, когда в сети ВСЕГДА существенно меньше 220 вольт, а такого практически никогда и не бывает. ЛАТР Заключение Задачу автоматического поддержания напряжения на постоянном уровне решает но прежде нужно в обязательном порядке выявить истинную причину низкого напряжения в сети, а затем уже принимать какие-либо решения. Рейтинг статьи: 5 3050 Бесперебойное Электроснабжение (www.td-m.ru)08.01.2016
РЕШЕНИЯ
Адрес: 105264, г. Москва, Верхняя Первомайская ул., дом 49, корп.2График: Пн-Пт 9:00-20:00 Телефон: +7 495 232-93-22Эл. почта: [email protected] © 1999—2018 Бесперебойное Электроснабжение (ООО «ТД-М»)Представленная на сайте информация не является публичной офертой.Все материалы сайта, включая дизайн, тексты, схемы, фотографии,охраняются законодательством об интеллектуальной собственности. Мы в социальных сетях — Конфиденциальность и ограничениеинформационной ответственности

www.td-m.ru

Как работает трансформатор | Уголок радиолюбителя

Трансформатор, устройство, которое передает электрическую энергию от одной части схемы к другой за счет магнитной индукции и, как правило, с изменением величины напряжения. Трансформаторы работают только с переменным электрическим током (AC).

Трансформаторы имеют важное значение в распределении электроэнергии. Они повышают напряжение, вырабатываемое на электростанциях до высоких значений с целью эффективной передачи электроэнергии. Другие трансформаторы понижают это напряжение в местах потребления.

Многие бытовые приборы оборудованы трансформаторами, для того чтобы  по мере необходимости повысить или понизить напряжение поступающее из домашней электросети. Например, для работы телевизора и аудиоусилителя необходимо повышение напряжения, а для работы дверного звонка или термостата  низкое напряжение.

Как работает трансформатор

Как правило, простой трансформатора состоит из двух катушек намотанных изолированным проводом. В большинстве трансформаторов, провода намотаны на стержень из железа, называемый сердечником.

Одна из обмоток, ее еще называют первичной обмоткой, подключается к источнику переменного тока, что в свою очередь приводит к появлению постоянно переменного магнитного поля вокруг обмотки. Это переменное магнитное поле, в свою очередь, создает переменный ток в другой обмотке (вторичной обмотке).

Величина, определяемая как отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, определяет масштаб понижения или повышения напряжения во вторичной обмотки. Данную величину еще называют коэффициентом трансформации.

Например, если у трансформатора имеется 3 витка первичной обмотке и 6 витков во вторичной обмотки, то напряжение во вторичной обмотке будет в 2 раз больше, чем в первичной. Такой трансформатор называется повышающий трансформатор.

И на оборот, если есть 6 витков в первичной обмотке и 3 виток во вторичной, то напряжение снимаемое с вторичной обмотки будет в 2 раз ниже чем в первичной обмотке. Этот вид трансформатора носит название понижающий трансформатор.

Так же следует иметь ввиду, что соотношение тока в обеих катушках находится в обратной зависимости к соотношению их напряжений. Таким образом, электрическая мощность (напряжение умноженное на силу тока) является одинаковой в обеих катушек.

Импеданс (сопротивление потоку переменного тока) первичной катушки зависит от импеданса вторичной цепи и коэффициента трансформации. При правильном соотношении витков трансформатора можно добиться практически одинакового сопротивления обоих контуров.

Согласованные сопротивления имеют важное значение в стерео системах и других электронных систем, потому это позволяет передавать максимальное значение энергии от одного блока схемы другому.

fornk.ru

Трансформатор

Трансформатор состоит из двух отдельных обмоток, называемых первичной и вторичной обмотками. Входное напряжение переменного тока прикладывается к первичной обмотке и создает изменяющееся магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует со вторичной обмоткой, индуцируя в ней напряжение переменного тока (точнее, ЭДС). Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, имеет ту же частоту, что и входное напряжение, но его амплитуда определяется соотношением числа витков вторичной и первичной обмоток.

Если входное напряжение на выводах первичной обмотки = V1выходное напряжение на выводах вторичной обмотки = V2число витков первичной обмотки = T1число витков вторичной обмотки = T2

то

Кроме того, I1/ I2 = T1/ T2, где I1 и I2 – токи первичной и вторичной обмоток соответственно.

 

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора

Приведенные выше соотношения предполагают, что трансформатор имеет 100%-ный КПД, т. е. полностью отсутствуют какие-либо потери мощности. Следовательно,Входная мощность I1•V1 = Выходная мощность I2•V2.На практике трансформаторы имеют КПД около 96-99%. Для увеличения КПД трансформатора его первичная и вторичная обмотки наматываются на одном магнитном сердечнике (рис. 7.10).

 

Повышающий и понижающий трансформаторы

Повышающий трансформатор вырабатывает на выходе (во вторичной обмотке) более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке). Для этого число витков вторичной обмотки делается больше числа витков первичной обмотки.Понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем на входе, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

 

Коэффициент приведения сопротивления

Трансформатор, изображенный на рис. 7.11, имеет в цепи вторичной обмотки нагрузочный резистор r2. Сопротивление r2 можно пересчитать или, как говорят, привести к первичной обмотке, т. е. к сопротивлению трансформатора r1 со стороны первичной обмотки. Отношение r1/ r2 называется коэффициентом приведения сопротивления. Этот коэффициент можно рассчитать следующим образом. Поскольку r1 = V1 / I1 и r2 = V2 / I2, то

Рис. 7.10. Трансформатор.

Рис. 7.11. Коэффициент приведениясопротивления

r1/ r2 = Т12/ Т22 = n2.

Рис. 7.12. Автотрансформатор.

 

Рис. 7.13. Автотрансформатор с несколькими отводами.

 

Но V1 / V2 = T1 / T2 = n и I2 / I1 = T1 / T2 = n, поэтому

r1 / r2 = n2

Например, если сопротивление нагрузки r2 = 100 Ом и отношение числа витков обмоток (коэффициент трансформации) T1 / T2 = п = 2 : 1, то со стороны первичной обмотки трансформатор можно рассматривать как резистор с сопротивлением r1 = 100 Ом • 22 = 100 • 4 = 400 Ом.

 

Автотрансформатор

Трансформатор может иметь одну-единственную обмотку с одним отводом от части витков этой обмотки, как показано на рис. 7.12. Здесь T1 — число витков первичной обмотки и T2 — число витков вторичной обмотки. Напряжения, токи, сопротивления и коэффициент трансформации определяются теми же формулами, которые применимы к обычному трансформатору.На рис. 7.13 показан еще один трансформатор с единственной обмоткой, в котором сделано несколько отводов от этой обмотки. Все соотношения для напряжений, токов и сопротивлений по-прежнему определяются коэффициентом трансформации (V1/Va = Т1/Тa, V1/Vb = Т1/Тb и т. д.).

 

Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки

На рис. 7.14 изображен трансформатор с отводом от середины его вторичной обмотки. С верхней и нижней половин вторичной обмотки снимаются выходные напряжения Va и Vb, Отношение входного напряжения (на первичной обмотке) к каждому из этих выходных напряжений определяется отношением числа витков, причем

V1/Va = Т1/Тa V1/Vb = Т1/Тb

где Т1, Тa и Тb — число витков первичной, вторичной а и вторичной b обмоток соответственно. Поскольку отвод сделан от середины вторичной обмотки, напряжения Va и Vb равны по амплитуде. Если средняя точка заземлена, как в схеме на рис. 7.14, то выходные напряжения, снимаемые с двух половин вторичной обмотки, находятся в противофазе.

Пример

Обратимся к рис. 7.15. (а) Рассчитайте напряжение между выводами В и С трансформатора, (б) Если между выводами А и В намотано 30 витков, то сколь¬ко всего витков имеет вторичная обмотка трансформатора?Решениеa) VBC = VAD – VAB – VCD = 36 В – 6 В – 12 В = 18 В.Число витков между А и Вb) VAB / VAD == ———————————————Число витков между А и D

Следовательно, 6 В/36 В = 30/ TAD, отсюда TAD = 30 • 36/6 = 180 витков.

Рис. 7.14. Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки.

Рис. 7.15. VAD = 36 В, VAB = б В,VCD = 12 В.

 

Магнитная цепь

Принято говорить, что в магнитной цепи магнитный поток (или магнитное поле), измеряемый в теслах, создается силой, называемой магнитодвижущей силой (МДС). Магнитная цепь обычно сравнивается с электрической цепью, причем магнитный поток сопоставляется с током, а магнитодвижущая сила с электродвижущей силой. Точно так же, как говорят о сопротивлении R электрической цепи, можно говорить о магнитном сопротивлении S магнитной цени; эти понятия имеют аналогичный смысл. Например, такой магнитомягкий материал, как ковкое железо, обладает низким магнитным сопротивлением, т. е. низким сопротивлением для магнитного потока.

 

Магнитная проницаемость

Магнитная проницаемость материала это мера легкости его намагничивания. Например, ковкое железо и другие электромагнитные материалы, такие, как ферриты, обладают высокой магнитной проницаемостью. Эти материалы применяются в трансформаторах, катушках индуктивности, реле и ферритовых антеннах. В отличие от них немагнитные материалы имеют очень низкую магнитную проницаемость. Магнитные сплавы, такие, как кремнистая сталь, обладают способностью сохранять состояние намагниченности в отсутствие магнитного поля и поэтому применяются в качестве постоянных магнитов в громкоговорителях (динамических головках), магнитоэлектрических измерительных приборах с подвижной катушкой и т. д.

 

Экранирование

Рассмотрим полый цилиндр, помещенный в магнитное поле (рис. 7.16). Если этот цилиндр изготовлен из материала с низким магнитным сопротивлением (магнитомягкого материала), то магнитное поле будет концентрироваться в стенках цилиндра, как показано на рисунке, не попадая в его внутреннюю область.

Рис. 7.16. Магнитное экранирование.

Рис. 7.17. Электростатическое экранирование в трансформаторе.

Следовательно, если в эту область поместить какой-либо предмет, он будет защищен (экранирован) от влияния магнитного поля в окружающем пространстве. Такое экранирование, называемое магнитным экранированием, применяется для защиты от внешних магнитных полей электронно-лучевых трубок, магнитоэлектрических измерительных приборов с подвижной катушкой, динамических головок громкоговорителей и т. п.В трансформаторах иногда применяется другой тип экранирования, называемый электростатическим или электрическим экранированием. Между первичной и вторичной обмотками трансформатора размещается экран из тонкой медной фольги, как показано на рис. 7.17. При заземлении такого экрана сильно уменьшается влияние емкости между обмотками, которая возникает из-за разности потенциалов этих обмоток. Электростатическое экранирование применяется также в коаксиальных кабелях и всюду, где проводники имеют разные потенциалы и находятся в непосредственной близости друг от друга.

В этом видео рассказывают о том, что такое трансформатор:

Добавить комментарий

radiolubitel.net

Можно ли увеличить мощность в сети с помощью трансформатора?

Представьте себе повышающий трансформатор. Входные параметры мы пока что рассматривать не будем. А вот выходные!? Повышающие трансформаторы бывают двух типов:

1. Повышают напряжение но пропорционально уменьшается ток, мощность на выходе та же что и на входе.
2. Повышают ток и пропорционально уменьшают напряжение мощность на выходе опять такая же что и на входе.

А теперь давайте представим трансформатор у которого две выходные обмотки: одна повышает ток и состоит из 2-3 витков, а вторая повышает напряжение и состоит из нескольких сотен витков.

Вопрос: Каким образом можно объединить высокий ток с высоким напряжением чтобы получилось добиться чтобы в результате получилось увеличение мощности, т.е. высокий ток умножить на высокое напряжение получаем высокую мощность. Достаточно ли просто последовательно или параллельно соединить вторичные обмотки такого трансформатора или же нужно придумать что то хитрее?

Например, получится ли взять ещё один трансформатор, но теперь у него две первичные обмотки. На первой например 5 витков и на неё подаётся высокий ток и на второй 5 витков, но на неё подаётся высокое напряжение. Вторичная обмотка состоит из 20 витков. Получится ли на вторичной обмотке получить объединённую повышенную мощность с двух первичных обмоток посредством не прямой, а магнитной связи, которая присутствует в трансформаторе? Надеюсь что вы внимательно прочитаете мой вопрос и вникнете в его суть перед тем как ответить, вопрос на самом деле интересный. Всем спасибо большое заранее, с нетерпением буду ждать ответов.

P.S.

Любопытство моё было вызвано вопросом существует ли в принципе способ увеличения мощности, ни отдельных составляющих электричества, а мощности в целом. И не обязательно через трансформатор, может быть существуют какие-либо другие способы?

Нравится(0)Не нравится(0)

samelectrik.ru

Как работает трансформатор?

Используемая человеком электрическая энергия в основном вырабатывается на крупных электростанциях. Эти предприятия передают электричество на районные подстанции, которые затем распределяют его по потребителям.

Так как линии электропередач обладают электрическим сопротивлением, часть энергии электрического тока теряется, превращаясь в теплоту. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении; переменный ток (АС) периодически изменяет свое направление. Первоначально для электроснабжения применялся только постоянный ток. По ряду причин передача и преобразование постоянного тока связаны со значительными трудностями, поэтому по соображениям безопасности электростанции передавали его под низким напряжением. Однако к тому времени, когда постоянный ток достигал потребителей, сопротивление съедало 45 процентов его энергии.

Выход был найден в передаче переменного тока высокого напряжения, которое может быть легко изменено при помощи трансформатора (рисунок внизу). Так как высоковольтным линиям требуется меньший ток для передачи одного и того же количества энергии, ее потери на преодоление сопротивления стали намного меньшими. Когда переменный ток покидает электростанцию, повышающие трансформаторы увеличивают его напряжение с 22 000 до 765 000 вольт, а перед поступлением в дома другие трансформаторы, понижающие, уменьшают его до ПО или 220 вольт.

Принцип действия трансформатора

Трансформаторы увеличивают или уменьшают напряжение переменного тока. Преобразуемый переменный ток проходит по первичной обмотке, охватывающей стальной сердечник (рисунок сверху). Периодически изменяющийся ток создает в сердечнике переменное магнитное поле. При перемещении во вторичную обмотку это магнитное поле генерирует в ней переменный ток. Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет выше, чем входное.

Потери энергии при протекании постоянного тока

Электрическая мощность (Р) вычисляется путем умножения силы тока (I) на напряжение (V), т.е. Р = I х V. Если напряжение возрастает, сила тока, необходимая для обеспечения заданной мощности, уменьшается. Низковольтная мощность постоянного тока требует большей силы тока, чем высоковольтная мощность переменного, чтобы передать одно и то же количество электроэнергии.

Переменный ток легко трансформируется

В отличие от постоянного, переменный ток периодически изменяет свое направление. Если переменный ток проходит по первичной обмотке трансформатора (рисунок слева), образующееся переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. При протекании по первичной обмотке постоянного тока (рисунок справа), во вторичной обмотке ток не возникает.

information-technology.ru

---

• Термостойкая краска по металлу до 1000 градусов
• Воронение стали в домашних условиях в черный цвет
• Воронение стали в домашних условиях в черный цвет
• Поршневые компрессоры
• Поршневые компрессоры
• Формула гелия
• Формула гелия
• Поделки из металла
• Поделки из металла
• Температура плавления медь
• Температура плавления медь

сердце автономных и резервных систем энергоснабжения —

Инверторы — это электронные устройства, преобразующие постоянное низкое напряжение от аккумуляторов в переменное напряжение 220 В. В аккумуляторы энергия закачивается заранее зарядным устройством, часто включенным в состав того же инвертора, или, например, с помощью бортовой сети автомобиля. При подборе автономной или резервной систем электроснабжения крайне важно уделить выбору инвертора особое внимание, т.к. он является «сердцем» этих систем. Цена и возможности инверторов могут сильно отличаться, хотя выходная мощность будет одинаковой.

Основные варианты применения инверторов:

• Бесперебойное электропитание при пропадании в сети 220 В. Обычно такая система из инвертора и аккумуляторов ставится в загородном доме или на ответственных промышленных объектах.
  
• Бесперебойное электропитание при пропадании в сети 220 В с возможностью приоритетного использования энергии солнца и/или ветра вместо энергии от сети. Это может заметно сократить счета за электричество, но и первоначальные вложения в систему относительно большие.
  
• Автономное электропитание при проживании в удаленности от промышленных электросетей.
  
• Автономное электропитание в походных условиях.
  

Существует огромное количество типов инверторов: с модифицированной синусоидой на выходе и с чистым синусом, изготовленные по высокочастотной и низкочастотной технологии, с возможностью заряда аккумуляторов и без встроенного зарядного устройства, подключаемые к 12-ти, 24-х и 48 В аккумуляторам батареям, с богатыми функциональными возможностями и без них. Среди низкочастотных, в свою очередь, выпускаются инверторы на обычных трансформаторах и продвинутые модели на трансформаторах в форме тора. Некоторые инверторы встречаются со встроенной функцией стабилизатора напряжения, в других бывают установлены солнечные контроллеры. Кроме того, инверторы бывают сетевые и гибридные. Самые высококлассные модели инверторов имеют программное обеспечение, позволяющее видеть графики всех событий на экране компьютера, а также отправлять СМС по событиям или запросу.

Модифицированный и чистый синус

Одним из важнейших показателей качества электроэнергии является график напряжения электрического сигнала, который должен иметь правильную синусоидальную форму. Для такого графика часто используют определение «чистый синус». Вид графика напряжения выходного сигнала инвертора зависит от типа и конструкции данного устройства. Большинство обычных компьютерных ИБП генерируют на выходе сигнал, называемый «модифицированный синус» или «меандр».

Эффективность работы двигателей, насосов, светодиодных ламп, кондиционеров, холодильников, СВЧ-печей и некоторых других приборов сильно зависит от формы напряжения питания. Если их запитать модифицированным синусом, они будут больше греться, сильнее гудеть и выдавать меньшую мощность. Бывают даже устройства, которые не смогут работать от модифицированного синуса, например, отопительные котлы.

Почему же до сих пор выпускают инверторы с модифицированным синусом? Дело в том, что они значительно дешевле инверторов с чистым синусом, и есть нагрузки, которым не важна форма питающего напряжения 220 В. Это, прежде всего, электроинструмент, компьютеры лампы накаливания, телевизоры, утюги и другое оборудование.

Но сегодня вряд ли кто будет покупать инвертор в расчете только на определённую нагрузку. Ведь если его установить в доме и применять при аварии в электросетях или для приоритетного использования солнечной энергии, то ограничивать своё потребление, думать, как будет работать тот или иной электроприбор от модифицированного синуса, это как-то не соответствует жизни в 21 веке… Только чистый синус обеспечит работу 100% устройств. Как говорится – «Чистота, — залог здоровья!», и не только физического.

Совет CLIMAG.RU:
Используйте инверторы с чистым синусом.

Высокочастотные и низкочастотные инверторы

Для питания устройств с малым энергопотреблением, таких как ноутбук, маленький пылесос, дрель небольшой мощности и другие, используют маломощные инверторы. Часто их называют автомобильными инверторами. Они сделаны по высокочастотной технологии.

Преимуществом высокочастотных инверторов являются малый размер и вес (около 1 — 5 кг), и соответственно, цена. Преобразование напряжения от аккумуляторов они производят на высокой частоте, порядка 20000 — 30000 Гц, поэтому используются маленький трансформатор, маленькие конденсаторы. Но, как говорится, у каждой медали, есть и оборотная сторона. Высокочастотные инверторы сильно «фонят», т.е. излучают больше электромагнитных помех. У них редко встречается встроенное зарядное устройство, потому что в сети используется низкая частота, а низкочастотного трансформатора в них нет. Если же в некоторых из таких инверторов и встречается зарядное устройство, то его мощность обычно мала. При больших мощностях нагрузки высокочастотные инверторы становятся ненадёжны. Их стандартный модельный ряд находится в диапазоне мощностей 100 – 1500 Вт.

С дрелью мощностью 300 Вт большинство моделей высокочастотных инверторов ещё могут работать, а, например, с холодильником смогут справиться уже только старшие модели. Почему же холодильник, потребляющий всего 150 Вт, может запустить относительно мощный инвертор?

Существует понятие пусковой мощности. Для некоторых электроприборов пусковая мощность не отличается от номинальной рабочей мощности. Например, при включении обогревателя броска тока не происходит, они сразу начинают потреблять ровно столько, сколько и написано на их шильдике. У других устройств, например, у электроинструмента, пусковая мощность не очень сильно превышает рабочую. Но есть такое оборудование, у которого пусковая мощность в разы превышает рабочую. Это холодильники, кондиционеры, глубинные насосы, асинхронные двигатели, компрессоры, СВЧ-печи и др.

Поэтому для пуска холодильника необходим инвертор, способный хотя бы кратковременно выдать 1,2 – 1,5 кВт, а для скважинного насоса необходимо кратковременно обеспечить до 7 кВт!!!

В настоящее время выпускаются и более мощные высокочастотные инверторы, мощностью до 6 кВт, предназначенные для резервирования электропитания в доме. Эти устройства лёгкие, и относительно не дорогие. Однако, если их использовать на мощностях близких к максимальным, их надёжность в целом будет меньше чем у низкочастотных инверторов. А запараллеливание таких инверторов удваивает цену.

К сожалению, КПД большинства высокочастотных инверторов низкое, всего 85%. Некоторые производители встраивают в свои высокочастотные инверторы относительно мощные зарядные устройства и/или солнечные контроллеры.

В низкочастотных инверторах используется низкая частота преобразования энергии от аккумуляторов, равная частоте промышленной сети 50 Гц. На такой частоте работают относительно большие и тяжёлые трансформаторы. Подобный трансформатор является промежуточным буфером между электроникой инвертора и нагрузкой, что увеличивает надёжность устройства.

Плюсы данного решения очевидны – возможность построения надёжных мощных систем (даже на десятки тысяч ватт) и наличие по умолчанию мощного быстрого заряда аккумуляторов от сети. Ведь в сети 50 Гц, а значит, энергию от сети можно напрямую подать на тот же самый мощный трансформатор, который электроника заставит работать в обратную сторону. К недостаткам низкочастотных инверторов можно отнести их размер, вес и, как следствие, цену.

Понятно, что большой вес (обычно от 12 до 56 кг, что в среднем, в 5 — 8 раз больше за единицу мощности, чем у высокочастотных инверторов) образуется не за счёт того, что инвертор набили камнями, а из-за использования дорогой меди в трансформаторах и алюминия в больших радиаторах. Отсюда вытекает и цена. И если бы высокочастотные инверторы могли сравниться по параметрам и надёжности с низкочастотными, то последние давно бы «вымерли как мамонты».

Совет CLIMAG.RU:

1. Если суммарные мощности потребления с учетом пусковых токов будут до 1000 Вт и мощного заряда не нужно, покупайте высокочастотные инверторы.
   
2. Если суммарное потребление всех электроприборов с учётом пусковых мощностей более 3000 Вт, лучше остановить свой выбор на инверторе, сделанном по низкочастотной технологии.
   
3. Если мощность нагрузки находится в промежуточной зоне, т.е. между 1000 и 3000 Вт, то решение стоит принимать, исходя из предпочтений покупателя и конкретных условий эксплуатации. Например, важна низкая стоимость или же необходима высокая надёжность, отдаётся предпочтение малому весу, или нужно пониженное излучение помех, необходимо наличие зарядного устройства или оно не нужно.
   

Низкочастотные инверторы с трансформатором обычным и в виде тора

Трансформатор в виде тора, по сравнению с обычным, имеет больший КПД, следовательно, размер его тоже меньше. Кроме того, тор даёт меньше наводок, т.к. всё электромагнитное поле концентрируется вокруг этого «бублика». Обычный же трансформатор излучает помехи перпендикулярно обмоткам. Трансформатор в виде тора имеет меньшее потребление энергии на холостом ходу.

Единственный недостаток торообразного трансформатора – большая цена, т.к. в изготовлении он заметно сложнее. Однако, самые именитые и дорогие мировые бренды, используют в своих инверторах только низкочастотные трансформаторы в виде тора из-за их непревзойдённых параметров.

Совет CLIMAG.RU:
При наличии достаточных средств лучше предпочесть низкочастотный инвертор с трансформатором в виде тора.

Инверторы с напряжением по аккумуляторному входу на 12, 24 и 48 В

Большинство выпускаемых инверторов рассчитаны на 12, 24 или 48 В. Очень редко можно встретить модели на 96 В, т.к. такое напряжение уже считается опасным.

Существуют аккумуляторы с напряжением 2, 4, 6 или 12 В. Для увеличения напряжения однотипные аккумуляторы последовательно соединяют в батарею. В бортовой сети автомобиля используется постоянное напряжение 12 В, в автобусах и на яхтах — 24 В.

Конечно, любое из этих напряжений может использоваться инвертором для бесперебойного питания части электрооборудования дома, или всего дома. Однако низкое напряжение технически не позволяет получить большую мощность. Так, например, из 12-и вольт невозможно получить мощность более 3-х кВт, из 24 –х вольт – более 9 кВт, а из 48-и В – более 18 кВт.

Высокочастотные инверторы мощностью до 3-х кВт обычно рассчитаны на 12 В и используются в автомобилях, а мощные низкочастотные инверторы мощностью от 3 кВт и выше представлены моделями на 24 или 48 В и рассчитаны на применение в доме или здании.

Но бывают и исключения, когда, например, высокочастотные инверторы, прежде всего за счёт своей низкой цены, пытаются занять свою нишу в домашнем сегменте, а инверторы, сделанные по низкочастотной технологии с тором достаточно малой мощности, имеющие относительно большой вес и цену, пытаются занять нишу в сегменте высокочастотных инверторов за счёт таких своих качеств, как надёжность, мощные зарядные возможности и широкий функционал.

Совет CLIMAG.RU:
Если инвертор нужен для автомобиля, походных условий или в доме для резервирования нагрузки средней мощностью до 2 кВт (например, отопительного котла) – выбирайте инверторы с входным напряжением 12 В. Во всех остальных случаях, при средней нагрузке до 4-5 кВт, лучше использовать либо инвертор на 24 В, либо на 48 В. При нагрузке 5 кВт и выше – лучше ориентироваться на инверторы 48 В.

О встроенных функции стабилизатора и солнечном контроллере

Стабилизатор напряжения — устройство, позволяющее выравнивать напряжение промышленной сети в широком диапазоне и с хорошей точностью, если оно очень низкое или высокое. Качественный стабилизатор позволяет поднять до 220 В сетевое напряжение, даже если в сети всего 120 В. Или наоборот, понизить сетевое напряжение, допустим, с 270 В до тех же 220 В. Качественные стабилизаторы выполнены на долговечных и быстродействующих симисторах, имеют минимум 8 переключающихся порогов.

Стабилизатор в составе инвертора обычно имеет только 2 или 3 порога, в нем используются не симисторы, а реле. В итоге имеем малую долговечность и узкий диапазон выравнивая сетевого напряжения. К тому же инверторы со встроенным стабилизатором мало подходят для использования в условиях автономии совместно с большинством обычных бензо- или дизель-генераторов.

Посудите сами. Генератор при увеличении нагрузки, чтобы удержать напряжение в районе 220 В, автоматически прибавляет обороты. При снижении нагрузки он снижает обороты. Теперь рассмотрим цепочку генератор – стабилизатор – инвертор — меняющаяся нагрузка. Допустим, что-то включили, например, электрочайник мощностью 2 кВт. От работающего генератора на нагрузку подастся 220 В, проходящие через стабилизатор. Напряжение в первую долю секунды начнёт проваливаться. Как Вы думаете, кто среагирует первым, стабилизатор или генератор? Правильно, стабилизатор, так как генератор более инерционен, обороты мгновенно не поднимешь.

Итак, стабилизатор переключится на повышающую обмотку, чтобы компенсировать провал. Но затем этот провал всё же доходит и до генератора. Генератор со своей стороны тоже повысит напряжение. На это повышение снова среагирует стабилизатор и понизит порог, на стабилизатор опять среагирует генератор и т.д.

Возникнет колебательный процесс, который может пойти в разнос. И тогда одно из двух: либо система будет аварийно отключаться, либо этот колебательный процесс быстро затухнет и всё войдёт в норму. Так вот, всё почти мгновенно «устаканивается» в том случае, если генератор качественный и имеет большой запас мощности. Тогда он на чайник 2 кВт будет реагировать как на «муху, залетевшую в окно», и чайник не сможет раскачать его обороты. Но стоят такие генераторы слишком дорого.

Солнечный контроллер необходим для подключения солнечных панелей к аккумуляторам, к тем самым, к которым подключён инвертор. Солнечный контроллер преобразует энергию от высокого напряжения солнечных панелей в более низкое напряжение аккумуляторов.

Инверторов со встроенным солнечным контроллером не много. Плюсами такого решения является более низкая цена и меньшее количество подключений и проводов.

Теперь о минусах. Во-первых, высококачественные и мощные солнечные контроллеры, имеющие КПД 98%, высокое входное напряжение и управление внешними нагрузками, довольно большие по размеру и внутрь инвертора их не вставишь. Поэтому встроенные инверторы, как и встроенные стабилизаторы, несколько урезаны по своим возможностям. Во-вторых, в случае выхода из строя солнечного контроллера, придётся отдавать в ремонт всё устройство, т.е. лишаться и инвертора, и наоборот.

По большому счету, самые дорогие и качественные брендовые инверторы никогда не содержат в себе ни стабилизаторов, ни солнечных контроллеров. Поэтому, само их наличие в инверторе говорит о уровне изделия и о том, что ради рекламы присутствия эфемерных преимуществ и возможно более низкой цены ввиду наличия двух продуктов в одном устройстве, производитель готов идти на некий компромисс с реальной целесообразностью. Особенно это касается встроенного стабилизатора.

Совет CLIMAG.RU:
Приобретать инверторы со встроенным стабилизатором и/или контроллером можно при стеснении в средствах и при условии отсутствия необходимости их использования совместно с электрогенератором.

Сетевые и гибридные инверторы

Сетевой инвертор является инвертором и солнечным контроллером с технологией МРРТ одновременно. Он принципиально отличается от рассмотренного нами выше обычного, подключаемого к аккумуляторным батареям, высокочастотного инвертора со встроенным солнечным контроллером. У сетевого инвертора совсем другая идеология, имеющая свои истоки в методах стимулирования развития альтернативной энергетики в странах Еврозоны, США и др.

Идеология сетевого инвертора заключается в том, чтобы энергию, полученную от солнечных панелей, соединённых для вырабатывания высокого напряжения, обычно в диапазоне 200 – 600 В, преобразовывать в высокое переменное напряжение 220 В и сразу подавать его в промышленную сеть, синхронизируясь с ней.

Так как напряжение на входе и на выходе высокое, можно обойтись без трансформаторов. Кроме того, сетевой инвертор обходится и без аккумуляторных батарей. Иначе пришлось бы их подсоединять к очень высокому напряжению между узлом солнечного контроллера и узлом инвертора, что весьма опасно. Получается, что вместо аккумуляторов задействуется огромная электросеть. В неё можно закачивать солнечную электроэнергию, выкручивая счётчик в большой минус, а потом, вечером или гораздо позже, в зимний период, возвращать себе обратно то, что отдавали летом. Промышленная электросеть — это гигантский неисчерпаемый аккумулятор, вечный и не имеющий потерь.

Как используют сетевые инверторы за рубежом? Если нагрузка в доме большая, а солнечной энергии поступает немного, то она вся уходит на домашнее потребление. Если же нагрузки почти нет, а солнце в зените, тогда эта не используемая владельцем энергия закачивается в промышленную энергосеть. Т.е. его счётчик крутится в обратную сторону, сматывая показания.

Но, к сожалению, пока в России есть два фактора, которые сводят на нет все преимущества сетевых инверторов. Во-первых, у нас не разрешено частным лицам что-либо закачивать в сеть. И счётчики, позволяющие вычитать обратную энергию, не используются. Напротив, многие современные счётчики энергию, подаваемую обратно в сеть, приплюсуют к потреблённой, и счета за электричества увеличатся. Во-вторых, если в Европе электричество практически не отключают, и там зачастую можно не иметь резервную систему на аккумуляторах, то в России такие отключения и аварии не редкость. Поэтому аккумуляторные батареи жизненно необходимы не только в случае полной автономии, но и для резерва, даже если сеть 220 В имеется.

Конструкция сетевого инвертора построена так, что сетевое напряжение 220 В является для него опорным и ведущим. И в случае отключения промышленного напряжения 220 В, сетевой инвертор не будет выдавать свои 220 В, даже если светит солнце и энергии в избытке. Это необходимо и по требованиям безопасности, чтобы ничего не подозревающего электрика, отключивший подачу сетевого напряжения, не убило, когда он приступит к ремонту сети голыми руками. Поэтому, при отключении электричества, сетевой инвертор с солнечными панелями не обеспечит резервного питания.

Гибридный инвертор — вершина эволюции инверторов. Это и обычный, то есть батарейный, и сетевой инвертор, объединённые в единое целое, то есть в гибрид!

Гибридный инвертор, как и сетевой, умеет синхронизироваться с промышленной сетью и подкачивать туда энергию как от аккумуляторов, так и от солнечных панелей с солнечным контроллером. Т.е. он умеет делать не только то, что и сетевой инвертор, а гораздо больше. Например, «умощнять» сеть при перегрузках. При необходимости он сможет приплюсовать к выделенной мощности сети мощность от аккумуляторов и/или от солнечного контроллера. Гибрид будет работать и при исчезновении в сети 220 В. Гибрид по вашему желанию может разрешить подкачку солнечной энергии только в домашнюю сеть, либо в домашнюю и во внешнюю сеть. Т.е. проблема со счетчиками, плюсующими отданную энергию к счетам на оплату, снимается.

Гибрид накладывает свой синус на синус сети с чуть большей амплитудой и может перехватывать на себя всю нагрузку или часть нагрузки. Если в меню установлено разрешение подкачки, пока напряжение на 1 аккумуляторе будет выше 12,7 В, что соответствует 100% заряда, то при отсутствии внешнего поступления энергии, например, от Солнца, подкачка прекратится, и далее всё будет питаться только от сети. Появится Солнце — снова продолжится подкачка, настолько, насколько позволит эта энергия солнца, или насколько израсходуют потребители.

Аккумуляторы при наличии сетевого напряжения не расходуются и не портятся, хотя солнечная энергия подкачивается в сеть. Но можно и разрешить небольшой разряд аккумуляторов, что позволит подкачивать накопленное и вечером. Однако, ресурс аккумуляторных батарей тогда будет в небольшой степени сокращаться.

Наличие аккумуляторов в качестве резерва позволяет гибридным инверторам работать в качестве резервного источника питания при исчезновении напряжения в сети.

Ещё одним плюсом гибридов является их способность обеспечить трёхфазное автономное или резервное питание. В этом случае используются три инвертора, каждый на свою фазу. Они связанны между собой дополнительными проводами для обеспечения синхронной работы со смещением фаз на 120 градусов. Естественно, возможна и генерация всех трёх фаз от аккумуляторов, либо регенерация одной или двух исчезнувших фаз.

Получается, что гибридные инверторы — это единственное идеальное решение для России.

Совет CLIMAG.RU:
В России для дома или офиса правильней всего приобретать гибридные инверторы. Исключение – мощные мегаваттные солнечные электростанции, в них используются сетевые инверторы. Также сетевые инверторы могут быть востребованы промышленными предприятиями, потребляющими энергию только днём, при условии, что им не нужно резервирование, и район очень солнечный.

Различия между инверторами и трансформаторами источников питания

Доступны дополнительные опции! Звоните 801-532-2706

• Меню продукта
• Инженерные решения
• Производители
• Образование
• Панельные услуги

Дом Образовательная серия Различия между инверторами и трансформаторами источников питания

Образовательная серия

Антенны Образование

Прерыватели и предохранители

Аккумуляторы Образование

Кабели, провода и сборки Образование

Корпуса Образование

Ethernet и сетевое образование

Блок управления двигателем

Промышленные панели управления Обучение

Обучение аппаратному обеспечению панели

Блоки питания Образование

Реле Образование

Солнечное образование

Обучение работе с сигналами и преобразованием сигналов

Клеммные колодки Обучение

Differences_Between_Power_Supplies_Inverters_and_Transformers.pdf

Расшифровка:

[0m:4s] Привет, я Джош Блум, добро пожаловать в очередной видеоролик из серии образовательных материалов RSP Supply. В сегодняшнем видео мы рассмотрим некоторые различия между несколькими аппаратными средствами, которые часто путают, даже если они предназначены для совершенно разных целей. Это оборудование включает блоки питания,
[0m:23s] трансформаторы, инверторы и преобразователи напряжения.
[0m:28s] Все это оборудование предназначено для изменения или изменения типа мощности или напряжения, которые вы можете использовать.
[0m:35s] Результат, который вам нужен, напрямую повлияет на то, какой тип оборудования вы можете выбрать.
[0m:41s] Тем не менее, люди очень часто путают разные типы оборудования. Давайте обсудим каждый тип и то, для чего он предназначен, надеюсь, к концу видео вы сможете получить четкое представление о каждом из них и о том, когда вы, возможно, захотите их использовать. Начнем с блоков питания. Блок питания может иметь множество различных функций,

[1 мин: 2 с], но в большинстве случаев блок питания предназначен для преобразования одного типа мощности в другой. Наиболее распространенным примером этого является источник питания, который потребляет мощность переменного тока и преобразует ее в мощность постоянного тока.
[1m:17s] Несмотря на то, что очень часто используются блоки питания и промышленные приложения, очень часто вы увидите, что блок питания используется для гаджетов, которые есть у вас дома, таких как смартфон, ноутбук или планшет,
[1m:31s] или многие другие устройства, которые мы используем ежедневно. Вы, возможно, заметили, что большинство этих устройств поставляются с шнуром питания с каким-то громоздким блоком на конце.
[1m:42s] В этом блоке обычно находится блок питания.
[1m:45s] Таким образом, большинство ваших устройств на самом деле не используют питание от сети переменного тока, которое подается в ваш дом.
[1m:53s] Эти устройства чаще всего используют какую-либо форму постоянного тока. Этот небольшой громоздкий блок или источник питания — это то, что изменяет эту мощность переменного тока на правильную форму мощности постоянного тока для вашего устройства.
[2m:7s] Источники питания также можно использовать для других целей, например, для кондиционирования питания, что в основном является способом очистить питание от любых помех или шума, которые могут повлиять на ваше электрическое оборудование. Вы также видите блоки питания, которые используются для преобразования одного типа постоянного напряжения в другой тип постоянного напряжения. Однако в этом случае вы можете увидеть, что они называются преобразователями постоянного тока, которые у нас есть здесь.
[2m:32s] Преобразователь постоянного тока — это тип источника питания.

[2m:37s] Последний тип источника питания, о котором мы поговорим, называется ИБП или источником бесперебойного питания.
[2m:45s] ИБП часто работает в сочетании со стандартным блоком питания и предназначен для обеспечения питания нагрузки даже при отключении входного питания.
[2m:57s] Он может это сделать, потому что использует батареи для питания.
[3 мин: 1 с] ИБП — отличный вариант, когда ваше электрооборудование выполняет важные задачи, которые необходимо продолжить в случае сбоя питания. Теперь поговорим об инверторах.
[3m:14s] Инверторы работают аналогично источникам питания с одним существенным отличием: вместо того, чтобы преобразовывать мощность переменного тока в мощность постоянного тока, инвертор делает прямо противоположное. Это будет
изменить мощность постоянного тока обратно на мощность переменного тока. Энергия постоянного тока создается такими устройствами, как солнечные панели или аккумуляторы, но часто нам нужна мощность переменного тока для вещей, которые мы обычно используем.
[3m:40s] Например, если у вас есть солнечные панели на крыше, вырабатываемая энергия поступает в виде постоянного или постоянного тока. Но в наших домах для большинства вещей, которые нам нужны, требуется переменный или переменный ток. Таким образом, для преобразования энергии постоянного тока, вырабатываемой солнечными панелями, используется инвертор.
[4м:4с] Наконец, давайте поговорим о трансформерах. Для получения более подробной информации о том, как на самом деле работают трансформаторы, посмотрите наше другое видео, ссылку на которое мы дадим в описании ниже. Подобно преобразователю мощности, который используется только для изменения мощности постоянного тока, трансформатор предназначен для использования с мощностью переменного тока. В частности, трансформаторы преобразуют один тип переменного тока в другой тип переменного тока. Например, в вашем доме обычно используется сеть переменного тока напряжением 120 вольт. Тем не менее, есть некоторые электрические устройства, которые мы используем в наших домах и вокруг них, которым требуется питание переменного тока, но они не могут работать от сети переменного тока 120 вольт. Итак, в данном случае используется трансформатор. Если у вас есть автоматическая система орошения, скорее всего, клапаны в этой системе орошения требуют питания переменного тока 24 вольта. Для этого трансформатор преобразует 120 вольт переменного тока, доступного в нашем доме, в 24 вольта переменного тока, чтобы спринклерные клапаны могли работать должным образом.

[5 мин:7 с] Трансформеры бывают разных форм и размеров. Важно отметить, что трансформаторы могут преобразовывать мощность переменного тока в
[5m:15s] и ниже, поэтому, если требуется более высокое напряжение переменного тока, будет использоваться трансформатор, и то же самое можно сказать, когда требуется более низкое напряжение переменного тока.
[5м:24с] Итак, давайте быстро подведем итоги. Источники питания чаще всего преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразователи мощности используются для изменения напряжения только в диапазоне постоянного тока, а ИБП предназначены для продолжения подачи питания в случае сбоя питания и часто используются с обычным источником питания. Инверторы предназначены для преобразования мощности постоянного тока обратно в мощность переменного тока. И, наконец, трансформаторы используются для изменения одного типа переменного напряжения на другой тип переменного напряжения, вверх или вниз.
[6 мин: 1 с] Полный ассортимент блоков питания и ИБП, инверторов, преобразователей мощности и трансформаторов, а также тысячи других товаров можно найти на нашем веб-сайте. Для получения дополнительной информации или других обучающих видеороликов перейдите на сайт RSPSupply.com, крупнейшего в Интернете источника промышленного оборудования. Также не забывайте: ставьте лайки и подписывайтесь.

Поболтай с нами, на базе LiveChat

В чем разница между инвертором и преобразователем — Bish’s

Преобразователь преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока или 110 В в 12 В в RV. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока или от 12 В до 110 В в RV. Оба преобразуют напряжение, но в противоположных направлениях.

Преобразователь против инвертора: Окончательная битва трансформеров

Итак, полное раскрытие, ни преобразователь, ни инвертор не превратятся в машину, самолет или робота. Нет, мы говорим об электрических трансформаторах, а точнее о разнице между преобразователями и инверторами. Имена настолько похожи, что возникает вопрос: «Как я буду держать их прямо?» На протяжении многих лет у меня было много разговоров с клиентами об их инверторе, которые оказались разговорами об их преобразователе и наоборот; у них была правильная информация, но они изменили имена. Я нашел простой способ запомнить, что есть в самом имени компонента. Преобразователь уменьшает напряжение или изменяет напряжение в отрицательном направлении. Если подумать о плюсах и минусах проблемы, минусы — это негативные аспекты. Это немного натянуто, но минус отрицательный, а преобразователь преобразует напряжение в отрицательном направлении. Менее натянутым является инвертор, который увеличивает напряжение.

Электрические системы автодомов: постоянный и переменный ток, зачем нужны оба?

Ответ прост: нет. Система постоянного тока (12 В) управляет подавляющим большинством электрических компонентов вашего дома на колесах, от освещения, внутреннего и внешнего, до водяного насоса и печатных плат газовых приборов. Ваш дом на колесах спроектирован и оборудован для использования без напряжения переменного тока в течение как минимум нескольких дней, прежде чем вы истощите напряжение постоянного тока; который упоминается как бундокинг или сухой кемпинг. Исключением являются кондиционер и телевизор в доме на колесах, которые работают от сети переменного тока. По мере того, как RV развиваются все больше и больше, они становятся вторым домом на колесах. После всего; если я не могу приготовить буррито в микроволновке и посмотреть игру, я с тем же успехом мог бы разбить лагерь в палатке. Я прав? Конечно я! Извините, я немного увлекся, но я серьезно отношусь к своим удобствам.

Преобразователи, инверторы и батареи: любовный треугольник для автофургонов

Независимо от того, преобразуем мы или инвертируем след, ведет обратно к батареям. Большая часть работы преобразователей заключается в том, чтобы принимать входящее переменное напряжение (110 В), преобразовывать его в постоянное напряжение (12 В), а затем использовать постоянное напряжение для зарядки домашних батарей дома на колесах. Вторая часть работы преобразователя заключается в распределении постоянного напряжения (12 В) по отдельным ветвям с предохранителями на необходимые компоненты. Это постоянное напряжение (12 В) получается либо из входящего переменного напряжения (110 В), которое преобразуется преобразователем в постоянное напряжение (12 В), либо из постоянного напряжения (12 В), хранящегося в домашних батареях. Третья часть работы преобразователя заключается в распределении входящего напряжения переменного тока (110 В) через панель выключателя на устройства переменного напряжения.

Инвертор использует существующее напряжение постоянного тока (12 В), преобразует его в напряжение переменного тока (110 В), а затем распределяет это напряжение переменного тока либо на одну выделенную розетку, либо через панель выключателя на несколько розеток, используемых приборами на 110 В. Если ваш дом на колесах не подключен к сети переменного тока (110 В), питание, доступное для вашего дома на колесах, — это напряжение постоянного тока (12 В). Инвертор позволит вам запускать приборы с переменным напряжением, но только до тех пор, пока длится постоянное напряжение. Видишь ли, мы вернулись к батареям.

Аккумулятор глубокого разряда для жилых домов и морских судов предназначен для зарядки и разрядки с меньшей скоростью, чем аккумулятор для запуска, и аккумулятор глубокого цикла восстанавливается после полной разрядки, в то время как аккумулятор для запуска часто не восстанавливается. Эта более медленная скорость зарядки и разрядки означает, что потребление напряжения постоянного тока также происходит медленнее, при этом 12-вольтовая батарея глубокого цикла группы 24 обычно работает от двух до трех дней. Когда вы добавляете дополнительные батареи, вы добавляете доступное напряжение постоянного тока, тем самым расширяя возможности бродока.

Глубокие циклы бывают разных уровней качества, как на 12 вольт, так и на 6 вольт. Подождите, 6 вольт? Вы все это время говорили о напряжении постоянного тока как о 12 вольтах! Расслабьтесь, две 6-вольтовые батареи, соединенные последовательно, будут производить 12 вольт, а по емкости хранения в ампер-часах они эквивалентны примерно трем 12-вольтовым батареям глубокого цикла.

Вот почему многие владельцы автофургонов выбирают 6-вольтовые аккумуляторы или аккумуляторы типа «тележка для гольфа», если они используют инвертор. Как и их 12-вольтовые собратья, 6-вольтовые батареи выпускаются в традиционных вариантах с жидкостными элементами, а также в герметичных вариантах конструкции AGM (Absorbent Glass Mat) или в виде гелевых элементов. Аккумулятор AGM 6 вольт является лучшим дополнением к инвертору из-за его срока службы и не требующей обслуживания конструкции.

За каждым инвертором стоит хорошая батарея

Думайте о батарее как о коробке с арахисом. Когда мы требуем питания от 12-вольтовой системы, мы едим эти орешки с нашими лучшими манерами на коктейльной вечеринке, по одному за раз, выпячивая мизинец. Когда мы требуем 110 вольт от той же батареи или коробки с арахисом, это как если бы наш сын-подросток пригласил трех своих друзей, и они едят арахис горстями. Как вы думаете, кто первым съест арахис? Проще говоря, чем больше энергии вы требуете, тем больше энергии вам нужно предоставить. Независимо от того, является ли спрос 12 вольт или 110 вольт. 110 вольт будут потреблять энергию быстрее, но эмпирическое правило заключается в том, что по мере увеличения ваших требований к мощности растут и требования к вашему аккумулятору.

Типичный блок аккумуляторов на жилых автофургонах, оснащенных более крупными инверторами/зарядными устройствами, состоит из четырех 6-вольтовых аккумуляторов типа «тележка для гольфа». Предполагая, что это аккумуляторы с мокрыми элементами (AGM), этот блок дает вам примерно 440 ампер-часов 12-вольтовой мощности. Как я упоминал ранее, 6-вольтовый AGM не требует технического обслуживания, что помогает продлить срок его службы. Они также обеспечивают небольшое увеличение ампер-часов. Взяв наш пример с четырьмя 6-вольтовыми батареями, AGM будет обеспечивать 500 ампер-часов от 120-вольтовой мощности. Эксперты говорят нам, что мы не должны разряжать батарею более чем на 50%, иначе существует вероятность сокращения срока службы батареи, поэтому на самом деле аккумуляторная батарея на 440 ампер-часов действительно хороша только для 220 ампер-часов, прежде чем вам нужно будет перезарядить вашу систему. Конечно, добавление дополнительных батарей в банк увеличит количество доступных ампер-часов, тем самым увеличив время работы.

Потребление – или как вы едите арахис?

Независимо от того, сколько арахиса вы начинаете, если вы не пополните их, в конце концов вы съедите их все. Независимо от размера вашего банка батарей, если вы не пополните их, в конечном итоге вы разрядите батареи. Даже самые большие RV имеют ограничения по хранению, что ограничивает количество аккумуляторов, которые вы можете носить с собой. Так что, пока литиевые батареи не станут доступными для широких масс, вам придется максимизировать производительность текущих предложений. Аккумулятор лучше использовать для питания небольших нагрузок в течение более длительных периодов времени, а не больших нагрузок в течение коротких промежутков времени. Фактически, тяжелые нагрузки, такие как водонагреватели и кондиционеры, не подключены к инвертору, потому что они быстро истощат ваш аккумулятор; иногда в минутах в зависимости от нагрузки и доступных ампер-часов.

Несмотря на то, что существуют способы зарядить аккумуляторы или восполнить напряжение постоянного тока, используя напряжение постоянного тока от солнечных батарей или генератора переменного тока автодома или тягача, наиболее распространенным методом перезарядки является подключение RV к напряжению переменного тока. Это может быть розетка дома, на стоянке для автофургонов, бортовой или переносной генератор. (Знаете ли вы, что большинство генераторов вырабатывают постоянное напряжение, а затем преобразуют его в переменное?) сложность. На первый взгляд оба варианта кажутся довольно простыми и прямолинейными: я что-то включаю, и оно получает питание от батарей. На самом деле процесс преобразования и распределения энергии преобразователем или инвертором довольно сложен; но преобразователь требует меньше внимания, чем инвертор. Преобразователь получает питание от теоретически бесконечного источника; подключен к розетке или генератору, а инвертор имеет ограниченный запас; бортовая аккумуляторная батарея, за которой необходимо относительно внимательно следить, чтобы не допустить истощения источника.

В заключение, как бы вы ни сушили лагерь, всегда помните свои плюсы и минусы. Преобразователь снижает напряжение со 110 вольт до 12 вольт, а инвертор увеличивает напряжение с 12 вольт до 110 вольт, но именно ваш аккумулятор определяет, как долго продлится ваше приключение.

Статья написана Куинном Ларсоном,
Гарантия RV Super Centers

Как работает инвертор?

Alan

06 апреля 2021

1069

Инвертор представляет собой преобразователь, который преобразует электрическую энергию постоянного тока в переменный ток постоянной частоты и постоянного напряжения или переменный ток с модуляцией частоты и напряжения. Он состоит из инверторного моста, логики управления и схемы фильтра. Инверторы широко используются в кондиционерах, домашних кинотеатрах, электрических шлифовальных кругах, электроинструментах, DVD, VCD, компьютерах, телевизорах, стиральных машинах, вытяжках, холодильниках, видеомагнитофонах, массажерах, вентиляторах, освещении и т. д.

Как работают инверторы. Принцип работы выпрямителя

Каталог

 

Ⅰ Принцип работы инвертора

Инвертор представляет собой преобразователь постоянного тока в переменный. То, что происходит с преобразователем, представляет собой процесс инвертирования напряжения. Преобразователь преобразует переменное напряжение сети в стабильное выходное напряжение 12 В постоянного тока. Инвертор преобразует выходное напряжение постоянного тока 12 В адаптера в высокочастотный и высоковольтный переменный ток. Основной частью инвертора и адаптера является встроенный ШИМ-контроллер. В адаптере используется UC3842, а в инверторе — TL5001. Диапазон рабочего напряжения TL5001 составляет 3,6~40 В. TL5001 имеет усилитель ошибки, регулятор, генератор, ШИМ-генератор с контролем мертвой зоны, схему защиты от низкого напряжения и схему защиты от короткого замыкания.

Простая принципиальная схема инвертора

Часть интерфейса ввода : Часть ввода имеет 3 сигнала, включая вход 12 В пост. VIN предоставляется адаптером, а напряжение ENB обеспечивается MCU на материнской плате, и его значение равно 0 или 3 В. Когда ENB=0, инвертор не работает, а когда ENB=3V, инвертор находится в нормальном рабочем состоянии. Напряжение DIM обеспечивается материнской платой, и его диапазон изменения составляет от 0 до 5 В, а различные значения DIM возвращаются на клемму обратной связи ШИМ-контроллера. Ток, подаваемый инвертором в нагрузку, также будет другим. Чем меньше значение DIM, тем больше выходной ток инвертора.

Напряжение запускает цепь : Когда ENB имеет высокий уровень, он выдает высокое напряжение для освещения трубки подсветки панели.

ШИМ-контроллер : Он состоит из следующих функций: внутреннее опорное напряжение, усилитель ошибки, генератор и ШИМ, защита от перенапряжения, защита от пониженного напряжения, защита от короткого замыкания, выходной транзистор.

Преобразование постоянного тока : Схема преобразования напряжения состоит из МОП-переключателей и катушек индуктивности для накопления энергии. Входной импульс усиливается двухтактным усилителем, чтобы заставить лампу МОП переключаться так, чтобы постоянное напряжение заряжало и разряжало катушку индуктивности. Таким образом, на другой конец катушки индуктивности может поступать переменное напряжение.

Генерация LC и выходная цепь : для обеспечения напряжения 1600 В, необходимого для запуска лампы, и для снижения напряжения до 800 В после запуска лампы.

Обратная связь по выходному напряжению : Когда нагрузка работает, замеренное напряжение возвращается обратно для стабилизации выходного напряжения инвертора I.

Ⅱ Классификация инвертора

В зависимости от характера источника

Активный инвертор : Это инвертор, который соединяет ток в цепи тока с сетью на стороне переменного тока без прямого подключения к нагрузке.

Пассивный инвертор : Инвертор, который напрямую подключает ток в цепи переменного тока к нагрузке на стороне переменного тока без подключения к сети (то есть инвертирует мощность постоянного тока в источник питания переменного тока частоты или регулируемой частоты для нагрузка).

В зависимости от типа сети

Он делится на автономный инвертор и инвертор, подключенный к сети.

По топологии

Делится на двухуровневый инвертор, трехуровневый инвертор, многоуровневый инвертор.

В соответствии с уровнем мощности

Он делится на инверторы большой мощности, инверторы средней мощности и инверторы малой мощности.

Инвертор

Общие типы

1) Инвертор малой и средней мощности

Инвертор малой и средней мощности Источник питания является одним из важных звеньев в независимой фотогальванической системе переменного тока. Его надежность и эффективность жизненно важны для продвижения фотоэлектрических систем, эффективного использования энергии и снижения системных затрат. Поэтому специалисты в области фотоэлектричества в разных странах усердно работали над созданием инверторных источников питания, подходящих для домашнего использования.

2) Многосерийные инверторы

Многосерийные инверторы имеют много преимуществ при использовании в электромобилях. Типы векторов выходного напряжения последовательной структуры значительно увеличены, что повышает гибкость управления и повышает точность управления. В то же время он уменьшает колебания напряжения нейтрали двигателя. Функция обхода инвертора может повысить гибкость управления зарядкой и рекуперативным торможением.

Поскольку люди все больше заботятся об окружающей среде, у развития электромобилей есть возможность. В городском транспорте электробусы стали приоритетом для развития из-за их большой вместимости и высоких комплексных преимуществ. В большинстве электрических автобусов используются трехфазные двигатели переменного тока. Из-за большой мощности двигателя компоненты трехфазного инвертора должны выдерживать высокое напряжение и большие токи. Более высокое значение dv/dt делает электромагнитное излучение серьезным и требует хорошего отвода тепла.

Мощный инвертор с многорядной структурой снижает напряжение одного устройства и снижает требования к устройству. Пониженное значение dv/dt и электромагнитное излучение значительно снижают нагрев устройства. За счет вывода типы уровней увеличиваются, а эффективность управления улучшается.

Преобразователи серии Multiple подходят для систем привода мощных электромобилей. Использование нескольких последовательно соединенных структур может снизить риск последовательного подключения нескольких аккумуляторов, снизить коммутационную нагрузку устройства и уменьшить электромагнитное излучение. Но количество необходимых батарей увеличилось в 2,9 раза.0007

Значительно увеличены типы векторов выходного напряжения с последовательной структурой, что повышает гибкость управления и точность управления. В то же время он уменьшает колебания напряжения нейтрали двигателя. Чтобы поддерживать баланс мощности каждой батареи, необходимо следить за тем, чтобы время разряда батареи было постоянным во время работы. Благодаря режиму байпаса можно гибко заряжать аккумуляторную батарею, а также можно контролировать крутящий момент рекуперативного торможения.

Ⅲ Общие неисправности инвертора

1. Низкое сопротивление изоляции

Используйте метод устранения. Отсоедините все цепи на входной стороне инвертора, а затем подключите их одну за другой. Используйте функцию инвертора для проверки сопротивления изоляции, чтобы обнаружить проблемную цепь. Найдя проблемную строку, проверьте, имеет ли разъем постоянного тока погружную скобу короткого замыкания или плавкий предохранитель и короткое замыкание скобы. Кроме того, вы также можете проверить, нет ли у самого компонента выгоревших на краю черных точек, вызывающих утечку электричества компонента в заземляющую сетку через раму.

2. Низкое напряжение на шине

Если это происходит в утреннее/ночное время, это нормальная проблема, поскольку инвертор пытается ограничить условия выработки электроэнергии. Если это происходит при обычном дневном свете, метод обнаружения по-прежнему является методом устранения, и метод обнаружения такой же, как в пункте 1.

3. Сбой тока утечки

Если ток утечки слишком велик, снимите входную клемму Солнечная батарея, а затем проверьте внешнюю сеть переменного тока. Все клеммы постоянного и переменного тока отключены, и инвертор будет отключен на 30 минут. Если вы можете восстановить его, продолжайте использовать его. Если вы не можете восстановить его, просто обратитесь к профессиональному инженеру.

4. Защита от перенапряжения постоянного тока

По мере того, как компоненты улучшают высокоэффективный технологический процесс, уровни мощности продолжают обновляться и расти, в то время как напряжение холостого хода и рабочее напряжение компонентов также растут, вопросы температурного коэффициента должны учитываться на этапе проектирования, чтобы Избегайте перенапряжения при низких температурах.

5. Инвертор не отвечает при запуске

Убедитесь, что входная линия постоянного тока не перепутана. Как правило, разъем постоянного тока имеет эффект защиты от дурака, но обжимная клемма не имеет эффекта защиты от дурака. Перед опрессовкой важно внимательно прочитать руководство по инвертору, чтобы убедиться в наличии положительного и отрицательного полюсов. Инвертор имеет встроенную защиту от короткого замыкания обратного соединения, и он запустится после восстановления нормальной проводки.

6. Авария сети

Здесь отражено предварительное обследование большой нагрузки электросети (часы работы с большим энергопотреблением)/малой нагрузки (время отдыха с малым энергопотреблением), а также исследуется состояние напряжения в точке, подключенной к сети заранее, и ситуация с сетью сообщается производителю инвертора. Комбинация технологий может гарантировать, что дизайн проекта находится в разумных пределах, особенно для сельских электросетей. Инверторы предъявляют строгие требования к подключенному к сети напряжению, форме волны и расстоянию до сети. Большинство проблем с перенапряжением в сети вызвано малой нагрузкой исходной сети. Если напряжение превышает или приближается к значению защиты, или линия, подключенная к сети, слишком длинная, или обжатие некачественное, электростанция не сможет работать нормально и стабильно.

Ⅳ Разница между инвертором и трансформатором

1.Можно ли использовать трансформатор в качестве инвертора?

Можно ли использовать трансформатор в качестве инвертора? Ответ — нет. Инвертор – это устройство, существенно отличающееся от трансформатора. Он вводится постоянным током и выводится переменным током. Принцип работы такой же, как у импульсного источника питания, но частота колебаний находится в определенном диапазоне. Например, если частота 50 Гц, на выходе будет переменный ток 50 Гц. Следовательно, инвертор — это устройство, которое может изменять свою выходную частоту. Трансформатор обычно относится к устройству в определенном диапазоне частот, которое вводится переменным током, а затем выдает переменный ток, изменяя только величину выходного напряжения. Например, трансформаторы промышленной частоты — это те трансформаторы, которые обычно встречаются. Вход и выход представляют собой переменные токи и могут работать только в диапазоне 40-60 Гц.

2.

В чем разница между трансформатором и инвертором?

Инвертор преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока, а трансформатор — это электрическое устройство, использующее принцип электромагнитной индукции для преобразования электрической энергии. Он может преобразовывать напряжение и ток электрической энергии переменного тока в другое напряжение и ток переменного тока той же частоты.

Проще говоря, инвертор — это электронное устройство, которое преобразует низковольтный (12 или 24 вольта) постоянный ток в 220 вольт переменного тока. Потому что мы обычно выпрямляем мощность переменного тока 220 вольт в мощность постоянного тока для использования, а инвертор имеет противоположный эффект, отсюда и название. Мы живем в «мобильную» эру — это мобильный офис, мобильная связь, мобильный отдых и развлечения. В подвижном состоянии людям требуется не только низковольтное питание постоянного тока, обеспечиваемое батареями или батареями, но также необходимо питание переменного тока напряжением 220 вольт, которое незаменимо в нашей повседневной среде. Инверторы могут удовлетворить наши потребности.

Поделиться этой публикацией

Часто задаваемые вопросы

• 1. Что делает инвертор?

   Инверторы также называются приводами переменного тока или VFD (преобразователь частоты). Это электронные устройства, которые могут преобразовывать постоянный ток (постоянный ток) в переменный ток (переменный ток). Он также отвечает за контроль скорости и крутящего момента электродвигателей. 

• 2. Как долго будет работать батарея с инвертором?

   от 30 до 60 минут. Небольшие инверторы. Большинство автомобильных и морских аккумуляторов обеспечивают достаточную мощность в течение 30–60 минут, даже при выключенном двигателе. Фактическое время может варьироваться в зависимости от возраста и состояния батареи, а также от потребляемой мощности оборудования, работающего от инвертора. 

• 3. Что может работать с инвертором мощностью 1200 Вт?

   Типовой инвертор мощностью 1200 Вт может питать большинство электроприборов малого и среднего размера, таких как телевизоры, микроволновые печи, сотовые телефоны, светодиодные лампы, холодильники, кофеварки, ручные инструменты, ноутбуки, DVD-плееры и игровые приставки.  

• 4. Какой инвертор мне нужен для работы телевизора?

   Инвертор 1200 ВА / 720 Вт с 1 батареей обеспечивает питание телевизора, цифрового телевидения, компьютера, нескольких ламп и зарядного устройства для сотового телефона в течение 4 часов. 2400 ВА / 1440 Вт с 2 батареями обеспечивают питание 3 или 4 телевизоров или 3 или 4 компьютеров, нескольких ламп DSTV, зарядных устройств для мобильных телефонов и интернет-маршрутизатора до 4 часов. 

• 5. Что будет работать с инвертором мощностью 3000 Вт?

   Согласно этому практическому правилу, инвертор мощностью 3000 Вт подходит для нагрузки примерно 2400-2500 Вт. Инвертор такого размера может с комфортом питать несколько осветительных нагрузок, холодильник, микроволновую печь, кофеварку, а также заряжать мобильный телефон и ноутбук. 

Посмотреть больше

Преобразователь и инвертор — разница и сравнение

Преобразователи и инверторы — это электрические устройства, преобразующие ток. 9Преобразователи 0365 преобразуют напряжение электрического устройства, обычно переменный ток (AC), в постоянный ток (DC). С другой стороны, инверторы преобразуют постоянный ток (DC) в переменный ток (AC). См. также переменный и постоянный ток.

Сравнительная таблица

Сравнительная таблица преобразователя и инвертора

	Преобразователь	Преобразователь
Что это такое	Электрические устройства, преобразующие напряжение переменного тока (AC) в постоянный ток (DC).	Электрические устройства, преобразующие напряжение постоянного тока (DC) в переменный ток (AC).
Типы	Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) Цифро-цифровой преобразователь (ЦЦП)	Инвертор прямоугольных импульсов Квазиволновой или модифицированный инвертор прямоугольных импульсов Преобразователи истинной/чистой синусоидальной волны
Применение	Преобразование переменного тока в постоянный; обнаруживать амплитудно-модулированные радиосигналы; подавать поляризованное напряжение для сварки.	Преобразование электроэнергии постоянного тока от солнечных панелей, батарей или топливных элементов в переменный ток; микроинверторы для преобразования постоянного тока от солнечных батарей в переменный ток для электросети; ИБП использует инвертор для подачи питания переменного тока, когда основное питание недоступно; индукционный нагрев.
Недостатки	Низкая перегрузочная способность по току; Лучшее качество Автоматические регуляторы дороже, чем механические регуляторы.	Не идеально подходит для индуктивных нагрузок переменного тока и двигателей; чувствительные электронные устройства могут быть повреждены из-за плохого сигнала из-за низкого заряда батарей.

Типы

Основное различие между различными типами преобразователей или инверторов заключается в том, что они различаются по своей природе и устройствам, которые они поддерживают.

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — это устройство, которое преобразует входное аналоговое напряжение в цифровое число, пропорциональное величине напряжения или тока. Некоторые неэлектронные или частично электронные устройства, такие как поворотные энкодеры, можно рассматривать как АЦП.
• Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — это устройство, преобразующее цифровой код в аналоговый сигнал. ЦАП можно найти в проигрывателях компакт-дисков, цифровых музыкальных проигрывателях и звуковых картах ПК.
• Цифро-цифровой преобразователь (DDC) — это устройство, которое преобразует один тип цифровых данных в другой тип цифровых данных.

Существует три типа инверторов:

• Инвертор прямоугольной формы: Это тип инвертора, который создает на выходе прямоугольную волну. Он состоит из источника постоянного тока, четырех ключей и нагрузки. Переключатели могут выдерживать большой ток. Это самый дешевый инвертор, но он производит энергию низкого качества.
• Квазиволновые или модифицированные прямоугольные инверторы: Как следует из названия, форма волны является квадратной, а не синусоидальной, как требуется для получения чистой синусоидальной волны переменного тока. Модифицированная прямоугольная волна имеет ступеньку или мертвое пространство между прямоугольными волнами. Это уменьшает искажения или гармоники, вызывающие проблемы с электрическими устройствами. Это работает для всех чистых нагрузок, таких как лампы или обогреватели. Это стоит меньше и более эффективно, чем прямоугольная волна.
• Инверторы True/Pure Sinewave: Это самая дорогая форма инверторов. Большинство продуктов переменного тока работают на модифицированных синусоидальных инверторах, поскольку они сравнительно дешевле.

Применение

Преобразователи используются для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Практически все электронные устройства требуют преобразователей. Они также используются для обнаружения амплитудно-модулированных радиосигналов. Они также используются для подачи поляризованного напряжения для сварки. Преобразователи могут использоваться для преобразования постоянного тока в постоянный. Здесь инвертор преобразует постоянный ток в переменный, затем трансформатор используется для преобразования его обратно в постоянный.

Инверторы используются для преобразования электроэнергии постоянного тока из таких источников, как солнечные батареи, батареи или топливные элементы, в электроэнергию переменного тока. Микроинверторы используются для преобразования энергии постоянного тока от солнечных батарей в переменный ток для электрической сети. ИБП или служба бесперебойного питания использует инвертор для подачи переменного тока, когда основное питание недоступно. Он также используется для индукционного нагрева.

Недостатки

Недостатки преобразователей:

• Плохая перегрузочная способность по току.
• Автоматические регуляторы хорошего качества стоят дороже механических регуляторов.

Недостатки инверторов:

• Не идеально подходит для индуктивных нагрузок переменного тока и двигателей.
• Чувствительные электронные устройства могут быть повреждены из-за плохого сигнала из-за низкого заряда батарей.
• У него должен быть хороший источник питания для подзарядки.

Каталожные номера

• Википедия: инвертор (электрический)
• Википедия: Аналого-цифровой преобразователь
• Википедия: Цифро-аналоговый преобразователь
• Разница между инвертором и преобразователем — Руководство по основным инверторам и преобразователям
• Аккумуляторы и инверторы — Driventogroom.com

• Подписаться
• Поделиться
• Укажите
• Авторы

Поделиться этим сравнением:

Если вы дочитали до этого места, подписывайтесь на нас:

«Конвертер против инвертора». Diffen.com. Diffen LLC, nd Веб. 23 сентября 2022 г. < >

Инверторный трансформатор: основы конструкции и принцип работы

9 марта 2021 г.

Инверторные трансформаторы относятся к типу силовых трансформаторов с питанием от напряжения. Их часто называют электронными трансформаторами из-за их применения в низкомасштабном преобразовании энергии. Эти инверторные трансформаторы используются там, где имеется источник питания постоянного тока, но требуется вход переменного тока для устройства с силовым приводом. Инвертор выполняет преобразование постоянного тока в переменный, и, кроме того, трансформатор может использоваться в качестве силового трансформатора для повышающих или понижающих приложений, поэтому они считаются исполнителями особого типа. Благодаря преобразованию мощности и возможностям повышения-понижения эти трансформаторы с питанием от напряжения стали популярными для нескольких промышленных применений. Однако, чтобы использовать его, нужно понимать, каковы параметры конструкции и принципы работы, чтобы применить их к подходящему приложению. В этом посте обсуждаются эти моменты.

Краткое введение в инверторный трансформатор

Инвертор сочетает в себе концепцию инверторного трансформатора и силового трансформатора. Инвертор переключает ток с постоянного тока (DC) на переменный ток (AC), используя полупроводниковые МОП-транзисторы для переключения первичного напряжения. В зависимости от коэффициента трансформации трансформаторы могут повышать или понижать напряжение с первичной обмотки на вторичную. Как правило, эти инверторные трансформаторы подходят для входного напряжения 110 В или 220 В. Хотя их можно использовать для преобразования постоянного напряжения сети в переменное, их применение в приложениях также можно найти при работе с умеренными нагрузками.

Поскольку эти инверторные трансформаторы часто изготавливаются по индивидуальному заказу, конкретная структура конструкции не всегда очевидна. Однако общая конструкция, основные компоненты и общий принцип работы инверторного трансформатора остаются неизменными во всех конструкциях.

Основные компоненты инверторного трансформатора

Ниже перечислены основные компоненты инверторного трансформатора.

• Трансформатор
• МОП-транзистор
• Выпрямители
• Diodes
• Выключатели цепи
• Оперативные усилители

Строительство инверторного трансформатора

Следующие принципы помогут вам понять строительство инверторного трансформатора:

• , в первую очередь. интегральная схема, которая работает как генератор. В некоторых схемах интегральная схема питается от накопленной энергии конденсатора.
• Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (МОП-транзисторы) интегрированы с генератором для переключения тока с постоянного на переменный без изменения частоты тока. МОП-транзисторы представляют собой электронные транзисторные переключатели типа ВКЛ/ВЫКЛ, которые запускают переключатель постоянного тока в переменный.
• Кроме того, МОП-транзисторы можно подключить параллельно трансформатору с отводом от средней точки. Переменный ток проходит от МОП-транзисторов к первичной обмотке трансформатора, который в дальнейшем может повышаться или понижаться в соответствии с требованиями силового устройства.

Хотя это общая конструкция, некоторые дополнительные компоненты, такие как диоды, автоматические выключатели, выпрямители, также могут быть интегрированы в инвертор. Автоматические выключатели могут быть добавлены для мгновенного отключения, если этого требует индивидуальная конструкция. Диоды часто используются для индикации процесса, контроля и управления.

Принцип работы инверторного трансформатора

Принцип работы инверторного трансформатора довольно прост, поскольку он сочетает в себе функции инвертора и трансформатора. Во время работы инверторного трансформатора происходят следующие действия.

• Инвертор получает вход от источника питания постоянного тока или батареи, если в ней хранится энергия. Ряд полевых МОП-транзисторов в сборке инвертора действует как переключатель для преобразования тока из постоянного в переменный.
• Поскольку полевые МОП-транзисторы часто подключаются параллельно к центральному витку, переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора. Трансформатор имеет магнитопровод, вокруг которого намотаны первичная и вторичная обмотки. За счет электромагнитного эффекта мощность передается от первичной обмотки к вторичной обмотке. Напряжение может повышаться или понижаться.
• Затем переменный ток вторичной обмотки трансформатора может подавать питание на нагрузку.

Общие области применения инверторных трансформаторов

После обсуждения инверторных трансформаторов, их конструкции и принципа работы давайте обсудим, где их можно использовать.

• Центры передачи энергии ветряных электростанций
• Электронные панели управления
• Системы управления лифтами
• Фотоэлектрические сети
• Солнечные панели

Список применений инверторных трансформаторов длинный; однако качество инверторного трансформатора также очень важно. Таким образом, вы должны получить свой инверторный трансформатор от надежного производителя, такого как Custom Coils. Компания является одним из ведущих производителей трансформаторов по индивидуальному заказу.

Инверторные трансформаторы

инверторные блоки питания переменного тока

инверторные блоки питания переменного тока

Эллиот Саунд Продактс

Инверторные блоки питания переменного тока

© 2014, Род Эллиотт

---

Основной индекс Указатель статей

---

Содержимое

• Введение
• 1 — Обзор инвертора
• 2 — инверторы прямоугольной формы
• 3 — Модифицированные инверторы прямоугольной формы
• 4 — Модифицированные синусоидальные инверторы
• 5 — Чистые синусоидальные инверторы
• 6 — Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
  • 6.1 — ШИМ высокого напряжения
• 7 — Осцилляторы
• 8 — Правила
• 9 — Трансформаторы
• Заключение
• Ссылки

---

Введение

Инверторы используются в самых разных местах и ​​по разным причинам. Одним из очень распространенных применений является преобразование 12 В от автомобильной розетки постоянного тока в 230 или 120 В переменного тока для питания небольших бытовых приборов. Это очень распространено, особенно у путешественников с автодомами или караванами. Другой предназначен для «бесперебойных» резервных источников питания (ИБП — источник бесперебойного питания) для компьютеров, как дома, так и в крупных центрах обработки данных. Инверторы также используются с солнечными системами и ветряными генераторами, причем некоторые из них действительно очень большие и мощные. В этой статье рассматриваются только технологии, обычно используемые для систем малой и средней мощности — до нескольких сотен ватт, но используемые методы можно масштабировать практически до любого уровня мощности.

Описаны основные требования и наиболее распространенные типы. Он предназначен не для описания процесса проектирования, а для информирования читателя о том, что означают различные термины, как различные типы инверторов взаимодействуют с обычными приборами и как они работают. Однако существует множество аспектов процесса проектирования, которые слишком сложны, чтобы пытаться объяснять их подробно, поэтому не ожидайте полного описания всех возможных вариантов.

Обратите внимание, что формы сигналов и напряжения показаны для среднеквадратичного значения выходного сигнала 50 Гц и 230 В. Системы 60 Гц 120 В используют идентичную технологию и просто используют трансформатор с другим коэффициентом трансформации и генератор 60 Гц. Входной постоянный ток практически не меняется при заданной выходной мощности. Хотя в инверторе на 60 Гц теоретически можно использовать трансформатор немного меньшего размера, чем в устройстве на 50 Гц, разница настолько мала, что ею можно пренебречь во всех практических целях.

В примерах схем показаны МОП-транзисторы, используемые для переключения, но во многих инверторах высокой мощности используются IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), поскольку они более прочные и рассчитаны на работу с очень большими токами. В некоторых бюджетных инверторах могут использоваться стандартные биполярные транзисторы, если они маломощные, потому что они дешевле альтернатив.

---

1 — Обзор инвертора

Идея инвертора достаточно проста. Мы используем генератор для генерации необходимой частоты (50 или 60 Гц) и используем его в качестве входа для усилителя мощности. Поскольку рабочее напряжение усилителя, как правило, довольно низкое (обычно 12 или 24 В постоянного тока), трансформатор используется для повышения напряжения до 230 В или 120 В по мере необходимости. В большинстве инверторов трансформатор будет использоваться как часть самого усилителя мощности, потому что это значительно упрощает общую конструкцию, особенно для модифицированных конструкций прямоугольных импульсов.

Давайте предположим, что в данный момент схема работает на 100 %. Это делает вычисления красивыми и простыми, а также дает нам приблизительное представление о том, что итоговая схема должна уметь делать в реальной жизни. 12 В постоянного тока является очень распространенным входным напряжением, и оно подходит для использования в автомобилях, домах на колесах и для компьютерных ИБП. Первое, что нам теперь нужно знать, это то, какая выходная мощность нам нужна. Для упражнения предположим 1000 Вт (1 кВт).

Для получения 1 кВт при 120 В требуется выходной ток 8,33 А или 4,35 А при 230 В. К сожалению, 1кВт при 12В означает, что нам нужно 83,33А от аккумулятора без учета всех потерь. Если вы хотите обеспечить 1 кВт в течение 1 часа, вы быстро обнаружите, что вам нужна батарея на 12 В, рассчитанная примерно на 120 Ач (ампер-часы). Свинцово-кислотные аккумуляторы являются наиболее экономичным выбором для ИБП, и это то, что у вас уже есть в машине (убедитесь, что вы не разряжаете аккумулятор полностью). Свинцово-кислотные батареи (в том числе гелевые и AGM) имеют пониженную емкость, если они быстро разряжаются. Например, батарея емкостью 120 Ач обычно обеспечивает заявленную емкость только при разрядке в течение 10 часов (т. е. 10 часов при токе 12 А для батареи 120 Ач). Более высокий разрядный ток означает, что емкость батареи снижается.

Приведенные выше требования к току относятся только к среднеквадратичному выходному току (AC) и среднему входному току (DC). Для выхода 230 В от источника 12 В средний входной постоянный ток обычно примерно в 20 раз превышает среднеквадратический выходной ток для модифицированного инвертора прямоугольной формы. Входной постоянный ток выше, чем грубый расчет, потому что он должен включать допуск на потери в системе. На самом деле разумно снизить свои ожидания.

Вероятно, будет справедливо сказать, что инверторы являются довольно плохой нагрузкой для любой батареи, особенно если вы ожидаете выходной мощности более нескольких ватт. В равной степени справедливо сказать, что результат любой инвертор , который не является синусоидальным («чистым» синусоидальным сигналом), также является довольно опасным источником для очень многих нагрузок. Невозможно даже составить список, потому что многие нагрузки сейчас контролируются электроникой. Как только электроника связана с нагрузкой (особенно с двигателями и трансформаторами), узнать, что задействовано, можно только при наличии подробных спецификаций и/или принципиальной схемы.

На некоторых продуктах может быть указано, подходят ли они для использования с различными инверторами, но на большинстве продуктов это не так. Большинство импульсных источников питания будут достаточно хороши, но они могут подвергаться более высокому пиковому току, чем обычно, если входной сигнал не является синусоидальным. С ПК должно быть все в порядке — это та самая нагрузка, на которую рассчитано большинство систем ИБП. В случае сомнений обратитесь за советом к производителю прибора.

Инверторы обычно классифицируются по форме выходного сигнала, поэтому обычно предлагаются следующие типы …

1. Квадратная волна
2. Модифицированная прямоугольная волна
3. Модифицированная синусоида
4. Чистая синусоида

Обратите внимание, что «модифицированные синусоидальные» и «модифицированные прямоугольные» инверторы на самом деле сильно различаются, но обычно их объединяют вместе, а термины взаимозаменяемы. Отчасти это связано с тем, что не существует строгого определения терминов, а рекламные материалы печально известны тем, что нарушают правила, чтобы сделать продукт более привлекательным. Утверждение, что инвертор представляет собой модифицированную синусоиду, звучит намного лучше, чем заявление о том, что это модифицированная прямоугольная волна, особенно для людей, которые немного разбираются в таких вещах. Сигналы трех наиболее распространенных типов показаны ниже. В каждом случае среднеквадратичное значение формы сигнала напряжения составляет 230 В, но только модифицированные прямоугольные и синусоидальные типы поддерживают правильное пиковое напряжение 325 В.

Рис. 1. Формы сигналов инвертора, все частоты 50 Гц, среднеквадратичное значение 230 В

Для прямоугольных и модифицированных прямоугольных сигналов я добавил синусоиду в качестве наложения, чтобы вы могли четко увидеть разницу. Форма сигнала «модифицированная синусоида» здесь не показана, потому что она несколько сложнее и сложнее в производстве. Существует также несколько различных способов создания модифицированной синусоиды, и они обсуждаются ниже. Как отмечалось выше, во многих рекламных объявлениях вы увидите модифицированный прямоугольный сигнал, называемый модифицированным синусоидальным сигналом. Это ложная реклама, но некоторые люди действительно не видят разницы.

Все инверторы на основе прямоугольных импульсов будут вызывать нагрузку на компоненты подавления помех, установленные на подключенном устройстве. Синусоида имеет относительно плавную скорость изменения напряжения (DVDT, также известная как ΔVΔT, изменение напряжения во времени). Прямоугольные сигналы (модифицированные или иные) имеют очень высокое значение DVDT, и требуется дополнительная фильтрация на выходе инвертора, чтобы уменьшить его до уровня, приемлемого для наиболее распространенных нагрузок.

Фильтрация также необходима, чтобы продукты прошли тесты EMI (электромагнитные помехи), которые применяются в большинстве стран. Инверторы нередко вызывают радиопомехи, особенно в диапазонах AM. Вы также можете ожидать, что вам скажут, что это вмешательство вызовет рак, ваш пупок отвалится и вы получите вросшие ногти на ногах в результате «грязного электричества», как это стало известно. Может быть, плохие вещи произойдёт , но мы не используем инверторы, прижатые к телу весь день. Большинство «чистых» синусоидальных инверторов также создают помехи, поскольку они работают на высоких частотах переключения.

---

2 — Прямоугольные инверторы

Самый простой инвертор прямоугольного типа. Осциллятор очень прост, и его довольно легко построить. К сожалению, отношение пикового напряжения к среднеквадратичному сильно отличается от синусоидального, и это вызовет нагрузку на некоторые приборы. Двигатели и трансформаторы, в частности, обычно потребляют гораздо более высокий ток, чем они рассчитаны, поэтому они могут работать достаточно сильно, чтобы вызвать преждевременный выход из строя. Большинству импульсных источников питания все равно, и они будут вполне успешно работать от входного сигнала прямоугольной формы. Конденсаторы для подавления помех будут подвергаться нагрузке из-за быстрого времени нарастания прямоугольной волны.

Синусоида имеет пиковое отношение к среднеквадратичному значению 1,414 (√2), поэтому синусоида 230 В имеет пиковое значение 325 В, а синусоида 120 В имеет пиковое значение 170 В (достаточно близко в каждом случае). Прямоугольный сигнал с пиковым значением 325 В имеет среднеквадратичное напряжение … 325 В. Пик и среднеквадратичное значение одинаковы. Если напряжение уменьшить так, чтобы среднеквадратичное значение напряжения было правильным, то многие электронные блоки питания увидят значительно сниженное входное напряжение, потому что многие конденсаторы фильтра заряжаются до пика напряжения. Таким образом, там, где нагрузка ожидает пики 325 В (или 170 В), она получит пики только 230 В или 120 В. Некоторые нагрузки не включатся должным образом, если напряжение слишком низкое.

Несмотря на вышеизложенное, я сначала объясню базовый инвертор прямоугольной формы, потому что та же схема переключения используется и для модифицированного преобразователя прямоугольной формы. Простая прямоугольная волна проста для понимания и облегчит использование более сложных опций. Наиболее распространенным устройством для простых инверторов является использование трансформатора с низковольтной первичной обмоткой с центральным отводом. Центральный отвод подключается к источнику постоянного тока 12 В, а каждый конец обмотки по очереди подключается к земле/земле. Это показано на Рисунке 2. Важно понимать, что не должно быть времени, когда оба МОП-транзистора или транзистора включаются одновременно, поэтому существует короткий период, когда оба транзистора выключены. Это известно как «мертвое время».

Рис. 2. Базовый прямоугольный инвертор

Инвертор, показанный на рис. 2, очень простой — он упрощен до такой степени, что его легко понять, но работает он не очень хорошо. Самая большая проблема упомянута выше — пиковое и среднеквадратичное напряжения совпадают, и это ограничивает его полезность. Однако та же базовая схема, работающая на более высокой частоте (25 кГц и выше), используется во многих преобразователях постоянного тока. См. например, Проект 89. R1/C1 и R2/C2 являются демпфирующими цепями, которые уменьшают выбросы высокого напряжения от трансформатора.

Даже при работе на частоте 50 Гц схема достаточно эффективна. Очень важно выбирать транзисторы или полевые МОП-транзисторы с очень низким сопротивлением во включенном состоянии. Крайне важно, чтобы потери в коммутационных устройствах были сведены к минимуму, а для всех межсоединений и на первичной обмотке трансформатора необходим толстый провод. Каждое маленькое сопротивление довольно быстро накапливается в сильноточной цепи, и потери могут стать настолько большими, что общий КПД резко снизится. Это не то, что вы хотите при эксплуатации оборудования от аккумулятора, потому что ампер-часы стоят денег.

Как показано, выходной каскад очень похож на тот, который используется во многих различных инверторах. Единственная разница между показанной схемой и модифицированным прямоугольным инвертором заключается в коэффициенте напряжения генератора и трансформатора. Для инвертора прямоугольной формы коэффициент трансформации определяется …

R t = V out / V in     (где Rt — коэффициент трансформации, Vin — входное напряжение, а Vвых — среднеквадратичное значение выходного напряжения… равно пиковому напряжению прямоугольного инвертора)
R t = 230 / 12 = 1:19,16

Вышеприведенное не учитывает потери, и соотношение должно быть между 1:20 и 1:22 (для каждой первичной обмотки), чтобы учесть потери в МОП-транзисторах и в обмотках трансформатора. Этот тип инвертора не имеет механизма регулирования, поэтому выходное напряжение будет меняться в зависимости от нагрузки. Чтобы свести вариацию к минимуму, все потери должны быть сведены к минимуму.

Форма волны переменного тока колеблется в положительную и отрицательную сторону, поэтому размах напряжения в два раза превышает пиковое напряжение. Это достигается за счет трансформатора, который имеет двойную первичную обмотку с центральным отводом. Из-за двойной первичной обмотки соотношение может быть записано как 1+1:20 (например). Отношение, основанное на напряжении на вся первичка составляет 1:10, а размах входного напряжения фактически составляет 24 В. Это напряжение на каждом переключающем MOSFET — оно варьируется от нуля до +24 В. Это простая теория трансформаторов — если вы не понимаете, то прочтите, пожалуйста, статьи Трансформеры, часть 1 и Трансформеры, часть 2.

---

3 — Модифицированные инверторы прямоугольной формы

Чтобы обеспечить форму сигнала с теми же среднеквадратичными значениями пикового напряжения и , что и сеть, нам необходимо изменить форму сигнала, чтобы она выглядела так, как показано на рисунке 1B. Остальная часть схемы остается точно такой же, но коэффициент трансформации изменяется так, что создается пиковое напряжение.

R t = V пик / V в
R t = 325 / 12 = 1:27,08

Опять же, необходимо сделать поправку на коммутационное сопротивление и сопротивление обмотки трансформатора, поэтому окончательное соотношение будет около 1:30, чтобы получить требуемое пиковое напряжение 325 В для среднеквадратичного напряжения 230 В под нагрузкой. Многие распространенные нагрузки зависят от пикового напряжения, в частности, простые импульсные источники питания. К сожалению, в базовой конструкции невозможно отрегулировать пиковое напряжение, но это и относительно легко регулировать среднеквадратичное напряжение, просто изменяя ширину импульсов напряжения. По мере увеличения ширины импульса среднеквадратичное значение напряжения увеличивается, хотя пиковое напряжение может уменьшаться.

Для сигнала с пиковым напряжением ровно 325 В каждый положительный и отрицательный импульс должен иметь ширину ровно 5 мс. Это означает, что для сигнала с частотой 50 Гц (20 мс для одного полного цикла) напряжение будет таким, как показано на рис. 3. Это тот же сигнал, что и на рис. 1B, но расширенный для ясности.

Рис. 3. Подробное описание модифицированного прямоугольного сигнала

Естественно, для сети 60 Гц синхронизация отличается, но существенной частью является то, что период сигнала делится равномерно на 4 дискретных сегмента, которые абсолютно равны. Для 50 Гц период составляет 20 мс, поэтому форма сигнала состоит из сегментов 4 × 5 мс. Это может быть не сразу заметно, но это дает то же значение 1,414 пик/среднеквадратичное значение, что и синусоида. Среднеквадратичное значение составляет 230 В, а пиковое значение составляет 325 В (плюс-минус доля вольта). Искажения довольно высокие 47% (THD), и хотя их можно уменьшить, изменив ширину импульсов, это изменит напряжение. Наилучший показатель искажений (28% THD) достигается, когда импульсы имеют ширину около 7 мс (вместо 5 мс), но среднеквадратичное напряжение увеличивается до более чем 270 В. В целом, импульсы с одинаковой синхронизацией и мертвое время гораздо проще генерировать, и они дают довольно хороший общий результат.

Для трансформатора требуется другое соотношение витков, как описано выше. За исключением генератора, схема инвертора идентична схеме, показанной на рис. 2. Генератор должен быть более сложным для создания формы волны, но это несложно и может быть выполнено разными способами. Одним из самых простых является использование PIC (или любого другого программируемого микроконтроллера), что также означает, что стабильность частоты может быть очень хорошей, если в контроллере используется кварцевый генератор.

Регулирование среднеквадратичного напряжения может быть достигнуто за счет расширения или сужения импульсов напряжения, но пиковое напряжение не может регулироваться без чрезмерной сложности схемы. Для простого инвертора, подходящего для многих распространенных нагрузок, никогда не будет добавляться дополнительная схема, потому что схема больше не будет простой.

Поскольку среднеквадратичное значение легко регулировать, просто изменяя ширину импульсов, вы можете думать об этом как о очень (очень!) грубой форме ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Так оно и есть. Теоретически можно добавить фильтр, который даст приемлемую синусоиду на выходе, но из-за такой низкой частоты это было бы неэкономично и на самом деле создало бы гораздо больше проблем, чем когда-либо решит.

---

4 — Модифицированные синусоидальные инверторы

В то время как модифицированный прямоугольный инвертор можно рассматривать как очень грубую форму ШИМ, в одной из форм модифицированной синусоидальной волны используется низкоскоростная ШИМ для достижения грубого приближения к синусоиде (обсуждается ниже). Другой вариант заключается в построении ступенчатой ​​формы сигнала путем включения и выключения различных обмоток трансформатора. Это показано ниже, и вы можете видеть, что оно начинает напоминать довольно фрагментарную синусоиду. Это грубая форма амплитудно-импульсной модуляции (ПАМ), метод, который был распространен в течение короткого периода времени, прежде чем полностью цифровые системы стали экономически целесообразными.

Рис. 4. Модифицированный синусоидальный сигнал

Этот сигнал не может быть создан с помощью простого переключения, показанного выше, и требует трансформатора с большим количеством первичных обмоток для создания выходного напряжения. Тщательно регулируя количество витков и время переключения, можно получить форму волны с искажением около 20% или лучше. Из-за относительной сложности сигнала его необходимо создавать с использованием дискретной логики (дешевой, но негибкой) или программируемого микроконтроллера (PIC или подобного), который при необходимости позволяет точно регулировать синхронизацию.

Этот тип инвертора не распространен, потому что его трансформатор более сложный и требует дополнительных переключающих транзисторов и цепей драйвера. Теперь, когда технология усилителя класса D стала обычным явлением, проще и дешевле построить «настоящий» синусоидальный инвертор, чем бездельничать, пытаясь реализовать работоспособную модифицированную синусоиду. Чтобы дать вам представление об относительной сложности, на рис. 5 показана упрощенная схема.

Рис. 5. Упрощенная модифицированная схема синусоиды

Больше нельзя называть генератор частоты генератором, потому что он должен генерировать сигнал относительно сложной формы. Это делает его генератором сигналов, а не простым генератором. Может быть не сразу понятно, как работает эта схема, поэтому сначала давайте предположим, что мы собираемся сгенерировать положительный полупериод, за которым следует отрицательный полупериод.

1. Нет выхода в течение первой 1 мс, все МОП-транзисторы выключены
2. Выход 1 становится высоким, включая Q1. Ток протекает через верхние первичные обмотки в течение 2 мс.
3. Выход 1 становится низким, выход 2 становится высоким, включается Q2. Ток протекает через половину верхней первичной обмотки в течение 4 мс.
4. Выход 2 становится низким, выход 1 снова становится высоким на 2 мс
5. Все выходы остаются низкими в течение 2 мс, затем начинается отрицательный полупериод.
6. Выход 3 становится высоким, включая Q3. Ток протекает через нижние первичные обмотки в течение 2 мс.
7. … оставшаяся часть цикла должна быть очевидна, чему способствуют формы сигналов, показанные для каждого выхода генератора сигналов

Крайне важно, чтобы два полевых МОП-транзистора и не были включены одновременно, иначе будет протекать чрезвычайно высокий и, возможно, разрушительный ток. Это означает, что в выходном сигнале будут небольшие сбои, но это не повлияет на большинство нагрузок. Некоторая базовая фильтрация удаляет самые высокие частоты гармоник и необходима для предотвращения радиочастотных помех. Цепи демпфера не показаны, как и предохранитель.

Описанные временные параметры сигналов приведены только в качестве примера. Для оптимизации отношения пикового значения к среднеквадратичному значению и характеристик искажения необходимо внести небольшие корректировки в синхронизацию каждого импульса и период выключения. Это также будет необходимо для изменения частоты — описанная синхронизация импульсов обеспечит выходную частоту 50 Гц. Изменения в коэффициентах обмоток трансформатора и небольшие временные изменения могут быть сделаны для оптимизации пикового напряжения в зависимости от среднеквадратичного значения и выходных искажений. При таком расположении должно быть возможно получить искажения ниже 20% с отношением пикового значения к среднеквадратичному, очень близким к 1,414:1.

Существует еще один вариант «модифицированного синусоидального» инвертора, в котором используется низкоскоростная широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Вместо того, чтобы использовать частоту переключения 25 кГц или около того, это можно сделать с частотой около 550 Гц. Частота «выборки» должна быть нечетной гармоникой желаемой основной частоты, чтобы обеспечить симметричную форму выходного сигнала.

Рис. 6. Форма сигнала низкоскоростной широтно-импульсной модуляции

Нет смысла фильтровать этот сигнал, потому что частота дискретизации слишком низкая, и никакие разумные фильтры не могут удалить гармоники. У меня нет личного опыта работы с этим типом инвертора, поэтому я не могу быть уверен, как поведут себя наиболее распространенные нагрузки. Из-за очень высокого содержания гармоник большинство двигателей и трансформаторов подвержены перегрузке и перегреву. С 96% гармонических искажений, это, безусловно, самое худшее на данный момент, и если вы собираетесь возиться с ШИМ, то это вполне может быть реальным с самого начала. Как и в случае с другим вариантом «модифицированной синусоиды», показанным выше, реализация истинной синусоиды будет стоить настолько немного больше, что низкоскоростная ШИМ не стоит рассматривать.

---

5 — Чистые синусоидальные инверторы

Создание чисто синусоидального инвертора (теоретически) не особенно сложно. Все, что вам нужно, это синусоидальный генератор нужной частоты, усилитель мощности для обеспечения необходимого тока и трансформатор для повышения напряжения до 230 В или 120 В RMS. К сожалению, это очень неэффективно и плохо использует емкость аккумулятора. Раньше это было довольно распространенным явлением для лабораторных источников питания с синусоидальным сигналом, и у меня есть один в моей мастерской. Он очень большой, очень тяжелый (два очень больших трансформатора и большой радиатор), и, хотя форма волны очень хорошая, он достаточно сильно нагревается при полной нагрузке, чтобы в полной мере использовать установленные сверхмощные вентиляторы. Полностью забудьте об аккумуляторной батарее, потому что она работает от относительно высокого напряжения, чтобы поддерживать ток в разумных пределах. В этом блоке питания (инвертором его неуместно называть) используется огромное количество силовых транзисторов, что позволяет ему управлять «сложными» нагрузками.

Хотя можно использовать практически такую ​​же схему усилителя мощности, как показано на рис. 2, для получения хорошей линейности требуется значительная обратная связь. Как правило, проще использовать более или менее обычный усилитель мощности (но следует помнить, что он должен быть полностью защищен от случайных коротких замыканий, нормальных мгновенных перегрузок и, возможно, очень реактивных нагрузок). Это делает усилитель сложным и дорогим, особенно если вы хотят работать, если от низкого напряжения питания

Когда напряжение питания составляет всего 12 В постоянного тока, почти необходимо использовать два усилителя в режиме моста (BTL), так как это эффективно удваивает напряжение питания. Использование линейного усилителя мощности для инвертора для ИБП нецелесообразно, потому что эффективность низкая (ожидайте не выше ~ 60% для «реальных» схем), хотя ее можно немного увеличить за счет некоторых искажений. Ожидать общей эффективности выше 70%, как правило, нереально, если только синусоида не обрезана до такой степени, что она напоминает прямоугольную.

Рис. 7. Обрезанный «чистый» синусоидальный сигнал

При искажении чуть более 5% (сеть может быть и хуже), среднеквадратичном напряжении 231,5 В и пиковом значении 310 В приведенный выше сигнал очень близок к полученному непосредственно от сети. Из-за ограничения КПД будет около 70-75%, что несколько лучше, чем теоретический максимум с чистой синусоидой. Транзисторы по-прежнему нуждаются в значительных радиаторах, и, конечно, каждый ватт тепла должен обеспечиваться батареей.

Как должно быть очевидно, это не идеальная схема. Относительно низкие искажения хороши для двигателей и других индуктивных нагрузок, а также вызывают небольшую нагрузку на любую нагрузку, потому что они близки к тому, что выходит из настенной розетки. Однако дополнительная разрядка батареи достаточно высока, чтобы вы потеряли не менее 30% емкости батареи из-за перегрева.

Поскольку это неприемлемый вариант, репрезентативная схема не предоставляется. Если кто-то хочет построить инвертор с использованием линейных усилителей, это осуществимо и потенциально полезно, если уровни мощности низкие. Одним из примеров, который приходит на ум, является использование синусоидального генератора с кварцевым управлением, усилителя мощности на ИС и подходящего трансформатора для создания мощности до 10 Вт или около того. Такое расположение идеально подходит для управления синхронными часами или двигателями поворотного стола, которые обычно потребляют не более 2-3 Вт. Убедившись, что усилитель делает зажим поможет уменьшить общую рассеиваемую мощность.

---

6 — Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

PWM — это технология выбора, обеспечивающая максимальную эффективность и чистый синусоидальный выходной сигнал. Частота модуляции должна быть достаточно высокой, чтобы ее никто не мог услышать, что обычно означает не менее 25 кГц. Можно использовать более низкие частоты, но шум от трансформатора или катушки индуктивности фильтра может быть неприемлемым, а компоненты фильтра будут больше и дороже. Существует бесчисленное множество наборов микросхем для создания схем ШИМ, и нетрудно получить очень высокую производительность с высокой эффективностью. Можно получить правильно спроектированный усилитель класса D с эффективностью от 80% до 90%, но также будут потери трансформатора, которые необходимо учитывать.

Для выходной мощности более 200 Вт усилитель класса D почти наверняка будет использовать дискретные компоненты. Доступны усилители на интегральных схемах, которые могут делать больше, но инвертор — это особый случай, когда речь идет о нагрузке. Многие распространенные нагрузки при первом включении будут близки к короткому замыканию (например, двигатели, тороидальные трансформаторы и простые блоки питания конденсаторов сетевого выпрямителя-фильтра), и это вызывает чрезмерную нагрузку на усилитель.

Для выходной мощности 500 Вт (например) при 230 В сопротивление нагрузки составляет 106 Ом. Поскольку для трансформатора потребуется соотношение 1:30 (коэффициент импеданса 1:900), эффективная нагрузка на усилитель мощности составляет всего 118 мОм — 0,118 Ом! Это необычайно низкий импеданс, и он дает вам представление о характере нагрузки. Помните, что это может упасть почти до нуля, ограничено только сопротивлением обмоток трансформатора, и до сих пор рассматривалась только резистивная нагрузка. Ниже приведена дополнительная информация о коэффициентах трансформации. Для борьбы с высокими потерями при таком низком сопротивлении разумно (и более эффективно) включить повышающий преобразователь, чтобы увеличить доступные 12 В до чего-то более управляемого. Естественно, в повышающем преобразователе будут потери, но при тщательном проектировании они будут меньше, чем потери без него.

Чтобы изучить процессы, необходимые для усилителя мощности класса D для инверторов, я предлагаю вам прочитать примечания по применению Texas Instruments ^[ 2 ] . Это рекомендует использовать «трехуровневый» сигнал ШИМ, генерируемый специальной логикой и использующий мостовой выходной каскад. Здесь также показано очень упрощенное объяснение, и я ожидаю, что его будет несколько легче понять. Также стоит ознакомиться со статьей о классе D на веб-сайте ESP ^[ 3 ] .

Рисунок 8. Получение ШИМ (синий) от входа (красный) и опорного сигнала (зеленый)

Генерация сигнала ШИМ (по крайней мере теоретически) восхитительно проста. На один вход компаратора подается синусоида, а на другой — линейный треугольный сигнал. Когда напряжение сигнала больше опорного, на выходе компаратора высокий уровень, и наоборот. Выходной сигнал компаратора будет похож на синюю кривую на рис. 8. Поскольку это простой сигнал включения/выключения, его легко усилить, а исходную синусоиду можно восстановить с помощью относительно простого индукторно-конденсаторного (LC) фильтра. Естественно, реальность другая. Выделенные наборы микросхем, которые доступны для генерации сигналов ШИМ, обычно дают гораздо лучшие результаты, чем дискретные ИС, а также обеспечивают многие другие вспомогательные функции. К ним относятся драйверы затворов полевых МОП-транзисторов и поцикловое ограничение тока, которые необходимы для инвертора, который, как ожидается, будет выдавать значительный ток.

Основные функции показаны ниже, но без полной схемы. Рисунок 9 сильно упрощен, потому что полная схема слишком сложна, чтобы ей было легко следовать. Два генератора показаны в следующем разделе — один генератор синусоидальной волны 50 Гц и один генератор треугольной волны 25 кГц. Они используются для генерации сигнала ШИМ. Обратите внимание, что на языке импульсных источников питания мостовой выходной каскад, подобный показанному ниже, обычно называется мостом «H» и нарисован так, что переключающие устройства и трансформатор образуют форму буквы «H».

Рис. 9. Упрощенный синусоидальный инвертор ШИМ

Как показано выше, предпочтительно использовать мостовой усилитель для управления первичным усилителем. Это приводит к удвоению напряжения питания, поэтому максимальный размах на трансформаторе составляет почти 8,5 В RMS (24 В пик-пик), а не чуть менее 4,25 В, которые можно получить от одного источника питания 12 В. Ток, который должен контролировать каждый каскад MOSFET, чрезвычайно высок, и необходимы MOSFET с чрезвычайно низким RDS на (на сопротивлении). При выходном токе всего 1 А в нагрузку каждый полевой МОП-транзистор будет коммутировать пиковый ток не менее 30 А постоянного тока.

Мостовые ШИМ-усилители управляются так же, как и любые другие мостовые усилители, но сигналом ШИМ. Поскольку высокочастотное переключение может привести к повреждению подключенного трансформатора, может потребоваться использование выходных фильтров нижних частот, чтобы сигнал переключения был изолирован от трансформатора. Если трансформатор выполнен с очень малой индуктивностью рассеяния, то можно будет разместить ФНЧ на выходе, но это означает, что необходимая индуктивность будет больше, чем требуется, если фильтр находится в цепи низкого напряжения. Секции драйвера MOSFET отвечают за сдвиг уровня (верхняя сторона) и за обеспечение необходимого мертвого времени, чтобы гарантировать, что вертикальные пары MOSFET (Q1, Q2 и Q3, Q4) никогда не будут включены одновременно.

---

6.1 — ШИМ высокого напряжения

Для любого инвертора высокой мощности трансформатор становится основной частью устройства по размеру, весу и стоимости. Если инвертор использует повышающий источник импульсного режима для получения пикового напряжения, необходимого для выхода, он может использовать гораздо меньший трансформатор, поскольку он будет переключаться с частотой 25 кГц или выше, а не с частотой 50 Гц. Затем выходной каскад работает с полным пиковым напряжением, 325 В или 170 В постоянного тока, что соответствует сети 230 В и 120 В соответственно. Базовая схема инвертора такого типа показана ниже. Используя более высокое постоянное напряжение (например, 400 В для выхода 230 В), становится возможным обеспечить регулирование, которое может быть настолько хорошим, насколько вам нужно.

Рис. 10. Преобразователь постоянного тока в постоянный, ШИМ высокого напряжения

Такое расположение позволяет оптимизировать преобразователь постоянного тока, и трансформатор может быть намного меньше, чем в противном случае. Хотя для преобразователя постоянного тока показаны только два IGBT, в идеале в нем должно использоваться несколько сильноточных устройств, включенных параллельно, чтобы можно было обрабатывать чрезвычайно большой ток с минимальными потерями. Так как эта компоновка может использоваться с инверторами любой мощности, но она становится экономичной только для выходной мощности, возможно, 250 ВА или более (обычно с учетом пиковой или «бросковой» номинальной мощности 500 ВА). При выходной мощности всего 500 ВА (или 500 Вт) средний постоянный ток будет около 47 А с учетом потерь.

Выходной каскад представляет собой Н-образный мост, так что постоянное напряжение составляет лишь половину напряжения, необходимого для полного цикла переменного тока. Может показаться глупым использовать два отдельных каскада с преобразователем постоянного тока в постоянный, за которым следует генератор синусоидальной волны ШИМ при полном сетевом напряжении, но это имеет много преимуществ и, если все сделано правильно, будет более эффективным, чем один каскад переключения. Этот подход также упрощает регулирование, но требует очень сложных защитных цепей вокруг выходных коммутационных устройств (не показаны на рис. 10).

Обеспечение защиты не особенно сложно, но оно должно быть достаточно быстрым, чтобы защитить коммутационные устройства в наихудших условиях. Сетевые нагрузки могут быть очень тяжелыми для инверторов, потому что очень многие из них кажутся близкими к короткому замыканию при подаче питания. Большинство импульсных источников питания, больших трансформаторов и двигателей особенно сложны, причем двигатели являются одними из самых сложных из всех. Пусковой ток для типичных двигателей очень высок, и если двигатель должен запускаться под нагрузкой (холодильные компрессоры являются одним из самых серьезных нарушений), проблема становится еще более серьезной. Если инвертор не может обеспечить достаточный ток для запуска двигателя, инвертор или двигатель (или оба) могут быть повреждены.

Рис. 11. Фотография высоковольтного ШИМ-инвертора мощностью 300 Вт

На приведенной выше фотографии показано внутреннее устройство инвертора мощностью 300 Вт, который почти точно соответствует блок-схеме, показанной на рис. 10. Выходная секция управляется микроконтроллером PIC и двумя комбинированными драйверами MOSFET верхнего и нижнего плеча IR2110, каждый из которых управляет парой высоковольтных MOSFET IRF840. PIC отвечает за генерацию синусоиды, вероятно, используя простую таблицу для определения ширины импульса, необходимой для каждого перехода. Он управляется кристаллом, поэтому частота будет достаточно точной, но это не проверялось. Искажения очень низкие — все гармоники ниже -40 дБ, так что общие искажения вряд ли превысят около 2% — это отличный результат для инвертора.

В основной секции инвертора используется пара IGBT для работы с большим током. Большой желтый сердечник с маркировкой PSI-300W представляет собой катушку индуктивности для выходного фильтра вместе с конденсатором 2 мкФ, 300 В переменного тока. Другое ядро, которое вы можете увидеть, — это переключающий трансформатор, который преобразует входное напряжение 12 В примерно в 350 В постоянного тока, переключаясь на частоте ~ 40 кГц.

---

7 — Осцилляторы

Существует множество различных способов изготовления генераторов, подходящих для генерации синусоидальных и треугольных волн. В высокоинтегрированном коммерческом дизайне они, вероятно, будут цифровыми и, предпочтительно, кристаллизованными, чтобы частота была точной. Для ИБП ситуация усложняется, если вы хотите, чтобы выход генератора был в фазе с сетью, чтобы переключение не вызывало помех. В случае с автономным генератором синусоидального сигнала нам все равно, тем более, что система также может работать как преобразователь частоты. Например, производство сети с частотой 60 Гц в стране с частотой 50 Гц (или наоборот) является довольно распространенным требованием испытательной лаборатории.

Генератор, описанный в первой ссылке ^[ 1 ] и показанный на рисунке 10, довольно прост и имеет хорошую стабильность частоты. Стабильность амплитуды определяется напряжением насыщения первого операционного усилителя и может незначительно изменяться в зависимости от температуры. Для более полного обзора различных методов генератора синусоидальных сигналов см. Синусоидальные генераторы — характеристики, топологии и примеры. Для источника переменного тока искажения ниже 1% более чем приемлемы, и даже ступень класса D может выиграть (немного), позволяя обрезать пики. Для большинства приложений вообще не имеет значения, если генерируемый сигнал сети имеет общее искажение до 5%, и это снижает требования к генератору 50/60 Гц. В частности, это означает, что точные методы стабилизации амплитуды не нужны, что упрощает конструкцию.

Рис. 12. Трехкаскадный синусоидальный генератор с фазовым сдвигом

Несмотря на то, что конструкция проста и имеет довольно низкий уровень искажений, амплитуда будет немного меняться при изменении частоты через VR1. Амплитуду можно до некоторой степени варьировать, изменяя соотношение резисторов R3 и R4, но это также меняет частоту и бесполезно. U1 работает как усилитель с коэффициентом усиления, регулируемым резисторами R3 и R4. Как показано, он имеет коэффициент усиления 10 (100 000 / 10 000), и если коэффициент усиления значительно уменьшится, он не будет колебаться. Более высокий коэффициент усиления делает колебание несомненным, но за счет более высоких искажений. При напряжении питания 12 В выходной уровень составляет около 460 мВ RMS с искажением 0,8%. Частота составляет 50 Гц, VR1 установлен на 52 кГц. Поскольку выходная синусоида берется с выхода операционного усилителя, она имеет низкий импеданс. Для получения более высокого уровня U4 можно подключить как усилитель, либо взять выход с U3 (930 мВ с искажениями 2%).

Этот генератор можно использовать как с линейными инверторами, так и с инверторами класса D. Очевидно, нет особого смысла делать синусоидальный генератор для модифицированного прямоугольного инвертора. Хорошая синусоида также может быть создана с использованием цифрового синтеза, и это имеет то преимущество, что ею можно управлять с помощью кристалла. Хотя абсолютная стабильность частоты обычно не очень важна для инвертора, она ничему не вредит, и если она приходит (практически) бесплатно, то что может не нравиться? PIC можно использовать для генерации синусоидального сигнала, а также для контроля производительности схемы, температуры и т. д.

Рис. 13. Триггер Шмитта + генератор треугольников интегратора

Генератор треугольных волн также можно сделать разными способами, но, как показано выше, он достаточно прост и имеет хорошую линейность. U1 подключен как триггер Шмитта, на его неинвертирующий вход подается положительная обратная связь. U2 является интегратором. Выходной сигнал U2 увеличивается до тех пор, пока неинвертирующий вход U1 не станет выше опорного напряжения (Vref) на инвертирующем входе. Он быстро переключает свой выход на высокий уровень, в результате чего выход U2 линейно падает до тех пор, пока неинвертирующий вход U1 не станет ниже, чем Vref. Цикл повторяется бесконечно. При показанных значениях и питании 12 В выходная амплитуда составляет 4 В от пика до пика на частоте 25,8 кГц. VR1 позволяет вам установить уровень, соответствующий генератору синусоидального сигнала для оптимального уровня модуляции. C2 используется на «нижнем» конце VR1, так что опорное напряжение 6 В сохраняется и не изменяется в зависимости от настройки потенциометра. R6 гарантирует, что треугольная волна и опорный уровень постоянного тока не могут быть потеряны, даже если потенциометр разомкнется.

Рис. 14. Компаратор для создания сигнала ШИМ

Объединив схемы рис. 12 и рис. 13 и добавив компаратор, мы получим полноценный широтно-импульсный модулятор — и да, это действительно — это , настолько простой. Чтобы получить более полное представление о точных формах сигналов, обратитесь к рис. 8. Выход представляет собой ШИМ и готов к отправке на переключающие полевые МОП-транзисторы с помощью подходящего устройства сдвига уровня и ИС драйвера затвора. Они легко доступны, и International Rectifier IR2110 является одним из наиболее распространенных. Эта часть специально разработана для управления затворами полевых МОП-транзисторов усилителей класса D.

Рисунок 15 (слева) — форма волны ШИМ, 2,5 кГц с модуляцией 50 Гц
Рисунок 16 (справа) — восстановленный сигнал 50 Гц со спектром

На рис. 15 показан выходной сигнал широтно-импульсного модулятора, аналогичный показанному на рис. 14. Основное отличие состоит в том, что я использовал операционный усилитель (который работает, но недостаточно быстро), и мне пришлось уменьшить треугольник частоту сигнала до 2,5 кГц, чтобы сигнал можно было правильно увидеть на осциллографе.

Восстановленная форма сигнала показана на рис. 16 вместе с частотным спектром на нижней фиолетовой кривой. Форма волны 50 Гц представляет собой всплеск в крайнем левом углу, а остаточная частота 2,5 кГц (с ее боковыми полосами) видна в центре измерения частотной области. Используемый фильтр представлял собой простой резисторно-конденсаторный низкочастотный фильтр с частотой -3 дБ 159 Гц.Гц (резистор 10 кОм и конденсатор 100 нФ), поэтому сигнал 2,5 кГц больше, чем вы обычно видите. Если увеличить несущую частоту модуляции до 25 кГц, форма волны 50 Гц будет действительно очень чистой — даже с таким грубым фильтром и медленным операционным усилителем.

---

8 — Постановление

Многие инверторы предлагают «стабилизацию», но часто неправильная регулировка поддерживает пиковые значения и RMS при назначенном выходном напряжении. Для модифицированных прямоугольных инверторов схема регулирования будет пытаться поддерживать среднеквадратичное напряжение по мере того, как пиковое значение проседает под нагрузкой и/или по мере разрядки батареи. Это делается путем увеличения периодов включения, и выходное напряжение начинает напоминать напряжение прямоугольного инвертора по мере увеличения нагрузки.

Истинные синусоидальные инверторы, использующие ШИМ, будут использовать различные методы, но самый простой — это просто позволить выходному сигналу обрезаться. Альтернативой является обеспечение некоторого запаса мощности ШИМ-усилителя и применение комплексной схемы обратной связи, чтобы гарантировать, что выходное напряжение переменного тока остается в заданных пределах.

Для всех инверторов важно понимать, что ток на входе будет очень высоким. Это означает, что все в цепочке может влиять на регулировку, начиная от аккумулятора, проводов питания, коммутационных аппаратов и первичных обмоток трансформатора. Даже довольно ничтожный инвертор мощностью 100 Вт будет потреблять 8,33 А постоянного тока при напряжении 12 В, но мгновенный ток выше, а потери не учитывались. Фактический (средний) ток будет ближе к 10А, а пиковый ток будет почти 20А. Даже небольшое сопротивление вызывает серьезное падение напряжения — например, всего 0,1 Ом вызовет потерю 2 В при 20 А, поэтому 12 В теперь составляет всего 10 В.

Совершенно очевидно, что если 12В понизить до 10В на пиковом токе, то выходное напряжение должно упасть хотя бы пропорционально, и могут быть чуть больше потери из-за внутренних сопротивлений. Требуемый пик 325 В упадет до 270 В, а среднеквадратичное значение упадет примерно до 190 В. Единственный способ, которым можно добиться надлежащего регулирования выходного сигнала, — это обратная связь. Высоковольтный инвертор PWM, вероятно, будет единственным, который может обеспечить приемлемое регулирование (лучше, чем 5% от холостого хода до полной нагрузки), сохраняя при этом правильное отношение пикового значения к среднеквадратичному (см. ниже).

---

9 — Трансформаторы

Трансформатор, используемый для преобразователя низкой частоты, всегда является повышающим. Первичная обмотка должна иметь очень низкое сопротивление из-за большого тока, и во всех случаях трансформатор должен быть рассчитан на используемую частоту сети. Это означает, что он будет сравнительно большим — по крайней мере, того же размера, что и обычный понижающий трансформатор, рассчитанный на ту же номинальную мощность ВА.

В зависимости от предполагаемого использования (например, прерывистое или постоянное подключение) допустимые потери будут разными. Трансформатор, который будет использоваться только для эпизодических задач ИБП, может быть меньше идеального случая, и поэтому он будет дешевле, меньше и легче. Конечно, он также будет иметь более высокие потери. Первичная индуктивность не имеет большого значения, но она должна быть достаточно высокой, чтобы ток намагничивания при частоте 50 или 60 Гц был достаточно низким, чтобы потери находились в разумных пределах. Расчет индуктивности сетевых трансформаторов не является точной наукой. Большая часть тока намагничивания будет связана с частичным насыщением, поэтому расчетное значение будет ниже ожидаемого.

Например, довольно простой (т.е. ничего особенного) трансформатор сетевого напряжения с соотношением сторон 30:1 (230 к 7,67 В RMS) может потреблять 50 мА от сети 230 В 50 Гц без нагрузки. Это ток намагничивания, поэтому эффективная индуктивность рассчитывается по формуле нормального индуктивного сопротивления …

X L = V / I
X L = 230 / 0,05 = 4,6 кОм
L = X L / (2π × f)
L = 4,6 к / (6,283 × 50) = 14,64H

Из этого следует, что при соотношении витков 30:1 (выход 7,66 В RMS) эффективная вторичная индуктивность будет около 16,2 мГн. При использовании в обратном направлении для инвертора в лучшем случае ток намагничивания будет 1,5 А, но обычно он будет больше и будет сильно различаться в зависимости от конструкции трансформатора. Как всегда в конструкции трансформатора, на самом деле необходимо учитывать только предел насыщения сердечника, и это зависит от материала сердечника, типа сердечника (E-I, тороидальный и т. д.) и максимально допустимого рассеяния на холостом ходу. Вопреки распространенному мнению, поток в сердечнике любого трансформатора максимален при отсутствии нагрузки. поток всегда уменьшается по мере увеличения тока нагрузки ^[ 5 ] .

Для повышающего трансформатора важно, чтобы первичная обмотка низкого напряжения имела достаточно витков, чтобы предотвратить насыщение сердечника. Это гораздо более серьезная проблема с повышающими трансформаторами, потому что первичное сопротивление очень низкое, и даже небольшое насыщение вызовет резкое увеличение тока, потребляемого от батареи. В отличие от обычного сетевого трансформатора, первичное сопротивление слишком низкое, чтобы обеспечить какое-либо ограничение тока. Вы заметили, что я предложил вторичное напряжение всего 7,67 В (пиковое значение 10,8 В), и это необходимо, потому что трансформатор будет использоваться в обратном направлении, а доступно только питание 12 В. Для небольшого инвертора реалистично ожидать потери не менее 1,2 В, хотя они могут быть и больше.

Как всегда, конструкция трансформатора представляет собой компромисс, и для получения наименьшего сопротивления требуется несколько витков толстого провода. Однако, если провод настолько толстый, что вы не можете получить достаточное количество витков, сердечник насыщается, и потери холостого хода становятся чрезмерными. Задача конструктора состоит в том, чтобы разработать максимально толстый провод для необходимых витков и выбрать сердечник, достаточно большой, чтобы избежать насыщения, но не настолько большой, чтобы он стал слишком тяжелым и дорогим.

Как ни странно, даже если усилитель является ШИМ на высокой частоте, трансформатор не может быть с небольшим ферритовым сердечником. Низкая частота (то есть частота сети) является доминирующим фактором, и трансформатор должен быть в состоянии справиться с этим, а не с частотой переключения. Это ограничение применяется, даже если между усилителем (усилителями) и низковольтной первичной обмоткой трансформатора нет фильтра нижних частот.

Естественно, это не тот случай, когда ШИМ выполняется при высоком напряжении, а каскад ШИМ напрямую питает выход переменного тока. В инверторах HV PWM высокое напряжение генерируется высокочастотным импульсным источником питания, и для этого может использоваться гораздо меньший сердечник трансформатора, поскольку он работает на частоте 25 кГц или более. Большинство этих инверторов охлаждаются вентилятором, даже если они имеют довольно низкую выходную мощность (100-200 Вт или около того).

Нередко коммерчески доступные (низковольтные, повышающие трансформаторы) инверторы имеют слишком малый трансформатор. Чтобы получить необходимое количество витков, необходимое для предотвращения насыщения, трансформатор должен использовать провод, который тоньше, чем требуется, чтобы оставаться холодным под нагрузкой. Обычно это решается вентилятором, охлаждающим трансформатор. Хотя это, безусловно, работает и предотвращает расплавление трансформатора, оно не предотвращает потери, которые в первую очередь вызывают нагрев трансформатора. Результат – снижение эффективности.

---

Заключение

Теперь должно быть очевидно, что инвертор не является тривиальным. Многие из дешевых, которые доступны, имеют только низкую мощность, и если они утверждают, что их мощность превышает 100 ВА, вы можете быть уверены, что они не будут размером с банку из-под напитка. Помните, что только трансформатор будет рассчитан на ток полной нагрузки, поэтому даже для небольшого инвертора (100 ВА или 230 В при 430 мА) требуется трансформатор, рассчитанный как минимум на 100 ВА. Большинство из них заявляют, что номинальная мощность в два раза превышает номинальную для «броскового» или «пикового» выхода, но это почти всегда будет означать, что трансформатор в этот период перегружен. Обычный способ позволить трансформатору меньшего размера, чем идеальный, — это охлаждать его вентилятором, и это довольно распространено для дешевых инверторов.

Точность и стабильность частоты редко указываются. Хотя это относительно неважно для большинства приложений (обычно 5% точности будет вполне достаточно), есть несколько случаев, когда и стабильность, и частота чрезвычайно важны. Не думайте, что любой бюджетный инвертор достаточно стабилен, чтобы, например, управлять синхронными часами или двигателями с таймером. Ошибка, незначительная для большинства приложений, чрезвычайно значительна для часов и механических таймеров, использующих сеть в качестве опорной частоты.

Если кому интересно, проекта синусоидального инвертора нет и не будет. На сайтах онлайн-аукционов будет много списков инверторов, некоторые из них будут модифицированы прямоугольными импульсами (но заявлены как «модифицированные синусоидальные волны»), а другие показаны как истинные синусоидальные волны. Это может быть, а может и не быть правдой. В любом случае, по ценам, по которым они продаются, не стоит пытаться построить его. В общем, я бы посоветовал вам вдвое уменьшить заявленную мощность, так как я подозреваю, что очень немногие способны достичь заявленной мощности, но даже после этого они все еще дешевы.

Из-за очень больших токов коммутационные устройства должны быть чрезвычайно прочными, и необходима хорошая защита, чтобы гарантировать, что мгновенные перегрузки не приведут к отказу. Также необходимо включить защиту аккумулятора, чтобы при падении напряжения ниже заданного минимального напряжения инвертор отключался. Если это не включено, батарея будет разрушена, потому что все текущие химические вещества будут повреждены, если они будут разряжены слишком сильно. В качестве руководства вы можете принять около 10 А на каждые 100 Вт выходной мощности при входном напряжении 12 В. Это предполагает общий КПД около 83%, который покрывает большинство бюджетных инверторов, а также довольно много типов дорогих моделей.

Для тех, кто так склонен, может быть забавно просмотреть некоторые рекламные объявления инверторов. Я видел (заявлял) инверторы мощностью 2500 Вт (пиковая мощность 5000 Вт), где указано, что в устройстве есть предохранитель на 40 А. При питании 12 В можно ожидать, что инвертор будет потреблять до 500 А (пиковое значение) и около 250 А при полной номинальной продолжительной мощности (при входном напряжении 12 В и с учетом потерь) *. Интересно, для чего нужен предохранитель на 40А постоянного тока. Возможно, они рассказывают озорные выдумки.

* 40А при 12В это 480Вт входная мощность Ом и не допускает потерь. Фактическая выходная мощность будет около 460 Вт при «типичных» потерях в схеме. При 13,8 В (заряженный аккумулятор) 40 А составляет 552 Вт. входная мощность, далеко не 2500 Вт.

---

Каталожные номера

1. Преобразователь постоянного/переменного тока с чистой синусоидой — Вустерский политехнический институт
2. 800 ВА Эталонный проект инверторов с чистой синусоидой — Texas Instruments
3. Аудиоусилители класса D — теория и конструкция
4. Синусоидальные генераторы — характеристики, топологии и примеры
5. Трансформаторы — основы (раздел 1)

---

---

Основной индекс Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 2014 г. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Share This Post  :  Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт