Инверторные источники питания

Инверторные сварочные источники питания обладают многими преимуществами над традиционными моделями. Во-первых, инверторные аппараты отличаются компактностью и низким весом, что намного упрощает их транспортировку. Во-вторых, инверторные источники часто универсальны, то есть пригодны для нескольких процессов сварки — РДС, MIG/MAG, TIG, FCAW, а также дуговой строжки и даже сварки импульсной дугой. Что еще более важно, инверторные источники Линкольн Электрик поддерживают технологию управления формой волны сварочного тока, которая позволяет точно настраивать различные характеристики сварочного тока и обеспечить высокое качество сварки в любых условиях.

Кроме этого, инверторные сварочные аппараты намного экономичнее традиционных. Ежегодно на электроэнергию для сварки по всему миру расходуется 99 миллионов долларов. Одним из способов увеличить эффективность производства и значительно сократить затраты на электроэнергию является переход на инверторные аппараты.

 

Почему инверторные модели расходуют меньше энергии? В конструкции инверторных аппаратов, например, Invertec® V350 Pro от компании Линкольн Электрик, используются самые энергоэффективные компоненты силовых электронных реле, сердечник и обмотка трансформатора. Кроме того, инверторные модели более экономичны по многим другим причинам:

• Высокая эффективность силового трансформатора благодаря использованию ферритовых сердечников. Это позволяет сократить энергопотери и, как следствие, ток холостого хода в силовых проводах.  
  

• Обмотка трансформатора физически меньше по сравнению с традиционными моделями. Это означает меньшую накрутку проволоки на сердечник 
  и низкие энергопотери.
  

• Элементы силовой электроники инверторных моделей специально разрабатывалась с целью сократить потери и продлить срок службы аппарата.
  

• Во многих инверторных моделях, например, Invertec V350 Pro, в качестве проводникового материала используется медь. Она имеет более высокую тепло- и электропроводимость по сравнению с алюминием, что позволяет еще больше увеличить эффективность.
  

• Более высокая частота по сравнению с традиционными моделями для бесперебойной работы требует более низкой выходной индуктивности. Энергия, необходимая для ручной дуговой сварки или крупнокапельного переноса металла, хранится в конденсаторах, что позволяет сократить нехватку выходной мощности.
  

• Компактная конструкция и относительно небольшой физический размер инверторного аппарата избавляют от необходимости в кабелях большой длины (или даже прямом подключении) между силовыми компонентами. Меньшая длина электрического контура означает меньшее сопротивление и более высокую эффективность.
  

• Так как инверторные источники предполагают более низкие тепловые потери, на них устанавливаются вентиляторы меньшего размера. Это означает меньший расход энергии на нагнетание охлаждающего воздуха.
  

• Меньший размер компонентов инверторных моделей приводит к снижению рассеивания тепла и, опять же, более высокой эффективности.

 

Как рассчитать, насколько инвертор будет экономичнее традиционных трансформаторов-выпрямителей и какая инверторная модель окажется наиболее эффективной? Попробуем сделать расчеты.

Шаг 1 — Расчет номинальной мощности
Сначала нужно определить выходное напряжение своего аппарата (Vout), которое должно быть указано в вольтах на паспортной табличке. В нашем примере это 32В. Затем умножьте эту величину на выходную силу тока (Iout), которая указывается в амперах. В нашем случае это 300А.

Vout x Iout = номинальная мощность в ваттах
32В x 300А = 9600 ватт или 9,6 кВт (KWout)

Шаг 2 — Расчет потребляемой мощности
Теперь возьмем полученное выше значение номинальной мощности (KWout) и разделим его на эффективность (Eff). Информацию об эффективности должен указать производитель. В результате получим потребляемую мощность в киловаттах.

KWout ÷ Eff = потребляемая мощность в киловаттах
9.6 KW ÷ 88,2% (или 0,882) = 10,88 кВт (KWin)

Шаг 3 — Расчет затрат на электричество для сварки
A) Затем рассчитаем расходуемые за 1 день киловатт-часы (кВтч/1день), перемножив полученную выше потребляемую мощность (KWin) на часы работы (в нашем случае допустим, что сварка проводится в течение 4 часов в день).

KWin x часов в день = киловатт-часы за 1 день (кВт/1 день)
10,88 кВт x 4 часов = 43,52 кВт-ч/день

Б) Теперь перемножим полученное значение на стоимость киловатт-часа. Возьмем для нашего примера среднюю стоимость 0,12578$.:

KWin x часов в день x стоимость кВт-ч = дневные расходы на сварку
10,88 x 4 x 0,12578$ = 5,47$

 

Шаг 4 — Расчет затрат на электричество во время простоя
A) Теперь рассчитаем дневные расходы на электричество во время простоя (кВт-ч 2). Для этого возьмем мощность холостого хода (KWIdle), которая указывается на трансформаторе отдельно (в нашем случае 400 Вт или 0,4 кВт) и умножим ее на часы простоя в день (предположим, что в течение 8-часового рабочего дня сварка и простой длятся по 4 часа):

KWIdle x часы простоя = киловатт-часы во время простоя за 1 день (KWh3)

0,4 кВт x 4 часа = 1,6 кВт-часов

Б) Перемножим полученное значение на стоимость 1 киловатт-часа:

KWidle x IdleHrs x стоимость кВт-ч = дневные расходы при простое
0,4 кВт x 4 часа x 0,12578$ = 0,20$

Шаг 5 — Расчет общих операционных затрат
Наконец, сложим дневные расходы на сварку (Шаг 3) и дневные расходы при простое (Шаг 4):

Затраты на электричество во время сварки + затраты на электричество по время простоя = дневные операционные затраты (итого $/день):
5,47$ + 0,20$ = 5,67$

Проведя эти расчеты для традиционных и инверторных источников, Вы сможете наглядно сравнить их экономическую эффективность.

 

Инверторная модель стоимостью 3200$ с эффективностью 87% по сравнению с традиционным выпрямителем стоимостью 2800$ с эффективностью 67% будет ежегодно экономить Вам около 300 долларов. Разница в стоимости окупится за один-полтора года.

Инверторный источник питания — Энциклопедия по машиностроению XXL

Измельчение структуры шва 28 Изображение и обозначение сварных швов на чертежах 15, 18 Импульсная дуга 194, 197 Инверторный источник питания сварочной дуги 111 Индукционная сварка 264 Индукционный метод контроля 356 Инжекторные сварочные горелки 68 Интерметаллиды 255  [c.391]

Универсальные инверторные сварочные выпрямители со звеном повышенной частоты позволили существенно снизить массу и габаритные размеры источника питания. Малая инерционность и высокие динамические свойства позволяют на основе инверторных выпрямителей реализовать перспективные схемы управления сварочными процессами, повышая их производительность и качество. Инверторные источники питания находят применение при механизированной сварке в углекислом газе и смесях газов, при ручной дуговой сварке  [c.

58]

ИНВЕРТОРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ для ДУГОВОЙ СВАРКИ  [c.261]

Именно сочетание этих частей в конкретном инверторе и определяет его потребительскую и рыночную стоимость. Так, с увеличением энергетических характеристик инвертора, усложнением его системы управления, расширением состава сервисных устройств растет его потребительская стоимость, а значит, резко возрастает его цена, что связано с увеличением доли дорогостоящего электронного оборудования в составе инвертора. В связи с этим для сварочных инверторных источников питания проблема цена — качество стоит наиболее остро и требует от потребителя данных источников тщательного технико-экономического анализа на этапе выбора источника питания. Следует также учесть, что при росте функциональных возможностей инверторного источника питания, как правило, снижается его надежность и резко ужесточаются требования к условиям его эксплуатации.

В частности, повышаются требования к стабильности его питания электрическим током и условиям окружающей среды (температура, влажность) для обеспечения надежной работы электронных схем управления. В настоящее время большинство инверторных источников питания не допускают колебания питающего напряжения >10% от номинала и не работают при температуре 35 °С при относительной влажности >75 %.  [c.261]

Рис. 4.141. Сварочный инверторный источник питания Т.1.М.Е.-540

Отечественные инверторы и их характеристики. В последние годы рядом предприятий в России и СНГ начаты разработки и выпуск инверторных источников питания для дуговой СНЭ и СПЭ, а таюке для дуговой сварки штучными электродами. Из российских можно назвать аппараты Фора производства ОАО Рязанский приборный завод , предназначенные для ремонтных и монтажных работ  

[c. 274]

Исходя из приведенного материала, можно отметить серьезный положительный сдвиг в разработках инверторных источников питания для дуговой сварки за последние годы в России и СНГ. Отрадно, что при их реализации используются последние достижения электроники и цифровой техники. Однако в основном эти источники реализованы на тиристорах и не имеют в схемах управления микропроцессорной техники. Это снижает их рабочие качества по сравнению с подобной продукцией, выпускаемой зарубежными фирмами. А главное, у этих источников существенно снижены функциональные возможности, отражающие специфику технологии сварки на постоянном и переменном токе неплавящимся и плавящимся электродом.  

[c.276]

В заключение можно отметить, что разработчикам инверторных источников питания нужно расширить функции управления ими с учетом технологических особенностей всех фаз процессов сварки при СНЭ, РДС, СПЭ способах. Для решения этой задачи инверторы  [c.276]

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) источники постоянного тока (сварочные выпрямители) универсальные источники питания, которые могут обеспечить сварочный пост постоянным (различной полярности), переменным или импульсным током. В последние годы достаточно широко распространены инверторные источники питания.  [c.20]

В сварочном производстве применяют в качестве источников питания электрической дуги сварочные преобразователи сварочные аппараты переменного тока сварочные выпрямители инверторные источники питания.  [c.35]

На рис. 8.19 приведена блок-схема инверторного источника питания для дуговой сварки. Переменное напряжение питающей сети поступает на низкочастотный выпрямитель НВ и после выпрямления преобразуется инвертором ИНВ в переменное напряжение повышенной частоты 1. ..20 кГц. Силовой трансформатор Т включен между инвертором и выходным неуправляемым высокочастотным выпрямителем ВВ. Трансформация осуществляется на повыщенной частоте, что позволяет существенно снизить размеры силового трансформатора. Формирование внешних характеристик и регулирование сварочного режима осуществляются системой управления блока обратных связей (БОС).  [c.148]

Технические характеристики инверторных источников питания  [c.148]

Возможен путь создания резонансных инверторных источников питания о коммутацией транзисторов иа нуле тока и напряжения с промежуточной частотой преобразования свыще 100 кГц и минимизацией тока, потребляемого от сети / , 4 .  [c.7]

Источники технологического напряжения, выполненные на базе автономных инверторов. Среди различных схем получения импульсного технологического напряжения заслуживают внимания схемы инвертирования тока, которые являются перспективными для построения импульсных источников питания для размерной ЭХО. К преимуществам инверторных схем следует отнести возможность плавного изменения в широком диапазоне  [c.167]

С развитием техники требуется совершенствовать технологию сварки деталей разных толщин из различных материалов, в связи с чем постоянно расширяется набор применяемых видов и способов сварки. В настоящее время сваривают детали толщиной от нескольких микрометров до нескольких метров, изготовленные не только из конструкционных сталей, но и из специальных сплавов на основе цветных и тугоплавких металлов, а также из композиционных материалов. Существенные изменения произошли в источниках питания для сварки, которые создаются теперь с использованием микропроцессорной техники и инверторных блоков и значительно расширяют технологические возможности процессов сварки.  [c.11]

Одно из перспективных направлений совершенствования сварочного оборудования — создание энергосберегающих источников питания со звеном повышенной частоты, или инверторных. У этих источников масса и габариты в 6…9 раз меньше по сравнению с выпускавшимися ранее. Они имеют коэффициент мощности 0,95…0,98, более высокий КПД, высокие динамические свойства.  [c.147]

Среди управляемых источников питания, применяемых в качестве важной составляющей средств автоматизации сварочных процессов, все шире используют инверторные (тиристорные либо транзисторные), обладающие высокими технико-экономическими показателями и улучшенными технологическими свойствами. Такие источники питания обеспечивают плавное изменение выходного напряжения и силы сварочного тока путем применения широтно-импульсного (для транзисторных) либо частотного (для тиристорных) регулирования инверторов. Инверторные источники питания можно переключать с одного режима на другой непосредственно в процессе сварки, что делает их особенно эффективными в робототехнологических комплексах (РТК) и гибких производственных системах (ГПС).  [c.13]

Практически любые алгоритмы управления переносом электродного металла могут быть реализованы при использовании инверторных источников питания сварочной цепи. Такие источники (типа ВДУЧ, УДГ-350, фирм ESAB, KEMPPI и др.) позволяют применить любую (обычно 1…50 кГц) технологически обусловленную частоту следования импульсов тока, повысить быстродействие управления процессом сварки (примерно на два порядка по сравнению с традиционными источниками тока) и стабильность процесса сварки, уменьшить разбрызгивание путем более точного дозирования энергии, выделяемой в дуге в моменты  [c.105]

Прослеживается расширение требований к источникам питания. Следует отметить перспективность инверторных источников питания (тиристорных и транзисторных на сверхзвуковых частотах) в установках и станках для дуговой, контактной, электроннолучевой и других видов сварки. Традиционные сварочные источники питания еще не исчерпали своих возможностей, особенно это касается сварочных трансформаторов с устройствами стабилизации горения дуги, источников с индуктивностью и емкостью в сварочной цепи, малогабаритных источников питания с yJ yчшeнными энергетическими показателями, а также многопостовых систем питания постоянного и переменного тока.  [c.116]

Для роботизированной дуговой сварки могут применяться те же источники, что и для механизированной или автоматической сварки при условии, что они имеют аналоговые или цифровые входы и выходы для связи с системой управления робота или комплекса, либо могут быть снабжены преобразователями, ВЫПОЛН5ПОЩИМИ эти функции. В составе оборудования для РДС обычно применяют самые совершенные источники питания сварочной дуги, в которых осуществляется управление процессом использования теплоты и переноса металла на уровне объема капель и времени переноса каждой из них, инверторные источники питания. Транзисторные источники питания могут обеспечивать скорость изменения силы сварочного тока до 50 А/мс, что значительно уменьшает разбрызгивание и позволяет выполнять роботизированную сварку в самых различных пространственных положениях.  [c.138]

Путями улучшения энергоснабжения стыковых машин, обеспечивающих равномерную загрузку трех фаз питающей сети, снижение установленной мощности и сопротивления 3 являются сварка постоянным током с выпрямлением во вторичной цепи сварючного трансформатора сварка токами низкой частоты с использованием преобразователей частоты и числа фаз использование инверторных источников питания с напряжением прямоугольной формы и устройств симметрирования трехфазных сетей на основе продольнопоперечных структур силовых схем.  [c.190]

Технические характеристики отечественных инверторных источников питания для сварки приведены в табл. 4.42. Параметры тиристорных инверторов предприятия ФЕБ (г. Санкт-Петербург) предоставлены изготовителем.  [c.257]

Для обеспечения возможности синергетического управления во многих случаях достаточно добавить дополнительные блоки управления к уже существующим мини- или мультисистемам. В качестве примера можно привести инверторный источник питания PS 5000 MIG фирмы Kemppi (рис. 4.144).  [c.272]

В инверторный источник питания в данной системе встроены внутренний импульсный регулятор С120Р и блок дополнительных функций PSM 11. В импульсном регуляторе предварительно запрограммированы оптимальные импульсные параметры для девяти  [c.272]

Расширение функций управления инверторным источником, объясняемое легкостью данного управления, привело к созданию сложных профессиональных сварочных систем. В данных системах реализуется сложное синергетическое управление не только для СПЭ, но и для СНЭ, а иногда и для РДС. В качестве примера можно привести инверторные источники питания сер. Kemppi-PRO (рис. 4.145).  [c.272]

Реализация и развитие синергетических принципов управления для СПЭ в активных газах позволили создать универсальные инверторные источники питания, рассчитанные на сварку разнообразных материалов различной толщины в разных пространственных положениях, заменив в них СНЭ на СПЭ в инертных газах и сохранив возможность РДС. Примером такого инвертора может служить сварочный инвертор Кетро МЮ фирмы Kemppi (рис. 4.147).  [c.273]

Стоимость инверторных источников питания превышает стоишсть  [c.7]

Представлен инверторный источник питания, работащий от прошшленной трехфазной сети 380 В, в котором применены транзисторные и диодные матрицы.  [c. 27]

Следует, отметить, что транзисторные регуляторы не представляют конкур Щ1й для. инверторных источников питания. Они имеют свои области применения, в частности при многопостовом питании и эксперим н-тальных исследованиях. В настоящее время щда отсутствии производства отечественной промышленностью мощных транзисторов, диодов, феррито-вых сердечников и конденсаторов с необходимыми для инверторных источников параметрами возможно использование транзисторных регуляторов в po6oth4HpoBaHHHX комплексах и других областях, требующих полностью управляемых источ Иков пит(шия дуги с высоким быстродействием  [c.48]

Описан инверторный источник питания, использованный для контактной сварки. Указаны его преин ества и типы контактных машн, в которых он применен.  [c.103]

Кроме традиционных источников питания дуги (см. гл. 4) для ручной дуговой сварки начинают применяться бестрансформаторные инверторные источники переменного тока. При достаточно большой мощности они имеют малые габариты и массу. Например, инвертор шведской фирмы ESAB обеспечивает силу сварочного тока 5…250 А, имеет массу 20 кг и размеры 450 х 350 х 300 мм.  [c.111]

Перспективными источниками питания являются инверторные выпрямители. Инвертор — это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное. Схема выпрямителя с транзисторным инвертором приведена на рис. 3.21.  [c.261]

Инверторный источник Кетро МЮ представляет собой практически последнюю разработку в области сварочных источников питания и весьма перспективен, так как повышает производительность труда и качество проводимых сварок одновременно.  [c.274]

---

Почему так важно иметь инверторный ИБП? Как устроен инверторный источник бесперебойного питания? Принцип работы инверторного ИБП

Неожиданная приостановка централизованного электроснабжения или резкие скачки напряжения в сети всегда приносят массу проблем как владельцам частных домов, так и администрации общественных учреждений и производственных комплексов. Речь не о тех неудобствах, когда нельзя посмотреть фильм по кабельному ТВ, погладить белье или пропылесосить ковер сию же секунду. Дело даже не в том, что мясо в холодильнике подтает. Хотя это все и неприятно, но оно не имеет серьезных последствий.

Почему так важно иметь инверторный ИБП?

Суть проблемы отключения электроэнергии в том, что большинство современных жилых и нежилых помещений очень сильно энергозависимы. Если напряжение в сети нестабильно — срок эксплуатации любых электроприборов снижается в разы. Если нет электричества:

• насосы не качают по системе отопления теплоноситель;
• не работает электронный блок управления отопительных приборов;
• не греет кабельный или инфракрасный теплый пол;
• не работает система антиобледенения, например, труб водоснабжения;
• вода из крана тоже не течет, если туда она подается насосной станцией из скважины;
• жизнь в любом офисе замирает;
• производственные линии останавливаются.

Понятно, что и без отопления, и без подачи воды несколько часов можно обойтись, так что кратковременные аварийные или плановые отключения централизованного электроснабжения не катастрофичны, но что касается систем отопления,лучше все-таки, чтобы у вас был ИБП для котельной. А для компьютеров, особенно серверных, да и другого цифрового оборудования прекращение подачи питания даже на несколько минут или скачки напряжения могут означать сбой всех настроек системы, выход техники со строя и даже возникновение пожароопасных ситуаций.

Именно по этим причинам источники бесперебойного питания жизненно необходимы в любом современном доме, организации, на производстве. Даже если у вас есть генераторы питания, при неожиданном отключении электричества вам нужно некоторое время, чтобы их запустить. То есть, перебой в питании оборудования и блоков управления все равно неизбежен без качественного ИБП.

Как устроен инверторный источник бесперебойного питания?

Инверторный ИБП является самым надежным и качественным устройством, так как только этот тип бесперебойников обеспечивает непрерывную подачу гладкой синусоиды и стабильность напряжения в любой ситуации.

Конструктивно инверторный ИБП состоит из нескольких блоков:

• стабилизатора напряжения, нивелирующего скачки в сети;
• инвертора, преобразовывающего постоянный ток в переменный с гладкой синусоидой;
• зарядного устройства, обеспечивающего восстановление заряда батареи после периода функционирования устройства в автономном режиме.

Батарея может поставляться вместе с ИБП или приобретаться отдельно. Более современные модели имеют встроенный дисплей, на котором отображается вся необходимая для пользователя информация.

Принцип работы инверторного ИБП

Существует два вида таких источников питания, отличающихся между собой режимами работы:

• резервный;
• двойного преобразования.

Принцип работы первого вида устройства предусматривает при наличии напряжения в сети его непосредственную стабилизацию. И только когда сеть не обеспечивает подачи питания в заданном диапазоне, бесперебойник переходит в режим работы от батареи, в котором он может находиться в среднем несколько часов (этот показатель зависит от емкости элементов питания). Переключение с одного источника питания на другой (сеть-аккумулятор) в разных моделях занимает разное количество секунд.

Источники питания, работающие в режиме двойного преобразования, всегда сначала преобразовывают переменный ток сети в постоянный и подают его на аккумулятор, который таким образом поддерживается в заряженном состоянии. Далее инвертор повышает напряжение с 12 или 24 Вольт до 220, преобразовывая его в переменный с формой синусоиды, как в обычной сети электроснабжения.

Встречаются модели ИБП, работающие в режиме двойного преобразования, но в которых возможно выключение аккумулятора из цепи, если в сети есть напряжение. Таким образом экономится ресурс аккумулятора для бесперебойника.

BESTEK 300W Power Inverter DC 12V to 110V AC Car Inverter with 4.2A Dual USB Car Adapter: Automotive

4.0 из 5 звезд Неисправность оригинала — замена по гарантии … в конце концов! (Лучше, чем никогда !!!)
Мэт Гилберт, 1 июня, 2019

ОБНОВЛЕНИЕ: Примерно через 6 месяцев после написания этого обзора я получил электронное письмо от их службы поддержки, в котором говорилось, что они хотят отправить блок для замены. Должно быть, они наняли нового специалиста по маркетингу, я аплодирую их действиям в прошлом и обращению к недовольным клиентам. Компания, которая стоит за своим продуктом, — это компания, которую я могу поддержать. Я вернусь в апреле 2021 года (гарантийный срок 18 месяцев) и сообщу, если заменяемый блок все еще работает после истечения гарантийного срока.

Первоначальная цена:
Этот продукт работал нормально, когда я впервые его получил, но я думаю, что он может выйти из строя после истечения срока гарантии.

Я хранил этот предмет в мусорном ведре вместе с другой электроникой (хранил в помещении, в сухом прохладном месте в моем офисе) в течение нескольких месяцев, которым не пользовались… когда я вынул его, чтобы использовать снова, он не включился и ничего не сделал. Гарантия всего 18 месяцев, я купил ее 20 месяцев назад.

На сайте bestek указан товар с гарантией 24 месяца … а здесь, на amazon, всего 18 месяцев?

Я связался с компанией по поводу возврата, и они отказали мне с оскорбительным выражением «Глубоко извините». сообщение, несмотря на то, что я предоставил фотографии устройства.

Итак, я публикую этот обзор сегодня, чтобы предостеречь никого от покупки этого продукта.Вначале он работает нормально, но выйдет из строя, когда это будет наиболее важно, и определенно не будет годным к употреблению продуктом через 18 месяцев после его покупки.

Как работает инвертор? | Колонна Fuji Electric

Приводы переменного тока (низкое напряжение)

Как работает инвертор?

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

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

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

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

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

Когда через диод проходит постоянный ток, электричество проходит только в прямом направлении, и появляется положительный пик. Однако другая половина цикла будет потрачена впустую, потому что она не преодолеет пик в отрицательном направлении. Причина, по которой структура диода имеет форму моста, заключается в том, что он может проходить отрицательный пик в прямом направлении. Это называется двухполупериодным выпрямлением, потому что оно преобразует как прямые, так и отрицательные пики волн.

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

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

Компьютер автоматически регулирует ширину импульса. Некоторые из специализированных однокристальных компьютеров, которые управляют двигателем, включают продукт с предустановленной функцией ШИМ. Это позволяет создавать псевдосинусоиды различной частоты и управлять скоростью вращения двигателя, просто задавая желаемые параметры.

Классификация вариантов использования инверторных устройств и цепей по напряжению и частоте

Инверторные схемы и устройства

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

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

Как упоминалось в начале, инверторные схемы и устройства используются в бытовых кондиционерах, холодильниках, промышленных насосах, лифтах и ​​т. Д. Для регулировки скорости вращения двигателя. В этом случае инвертор используется для изменения как напряжения, так и частоты, это называется «VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)».

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

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

Сопутствующие товары

Связанный столбец

Как инверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменный?

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 19 ноября 2021 г.

Одна из самых значительных битв 19 века велась не за землю или ресурсы, а за установление типа электричества. это приводит в действие наши здания.

В самом конце 1800-х годов американские электрические пионер Томас Эдисон (1847–1931) изо всех сил старался продемонстрировать что постоянный ток (DC) был лучшим способом подачи электроэнергии мощность, чем переменного тока (AC), система, поддерживаемая его главный соперник Никола Тесла (1856–1943). Эдисон пробовал все виды хитрые способы убедить людей в том, что кондиционер слишком опасен, от убить слона на электрическом стуле, чтобы (довольно хитро) поддержать использование AC на электрическом стуле для приведения в исполнение смертной казни. Даже так, Система Tesla победила, и мир в значительной степени работает на переменном токе власть с тех пор.

Беда только в том, что многие наши приборы предназначены для работы с переменным током, малогабаритные генераторы часто вырабатывают постоянный ток. Тот означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от Автомобильный аккумулятор постоянного тока в мобильном доме, вам нужно устройство, которое преобразует DC to AC — инвертор, как его еще называют.Давай ближе посмотрите на эти гаджеты и узнайте, как они работают!

На фото: набор электрических инверторов, которые можно использовать с оборудованием для производства возобновляемой энергии, например, солнечными батареями и микроветровыми турбинами. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерство энергетики США / NREL (DoE / NREL).

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

Когда учителя естествознания объясняют нам основную идею электричества как поток электронов обычно говорят о прямом ток (постоянный ток).Мы узнаем, что электроны работают как линия муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии в одном способ, которым муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для что-то вроде обычного фонарика, где у нас есть схема ( непрерывный электрический контур), соединяющий батарею, лампу и выключатель, и электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к лампу, пока не разрядится вся энергия батареи.

В более крупных бытовых приборах электричество работает иначе.Источник питания, который поступает из розетки в стене, основан на переменный ток (AC), где переключается электричество примерно 50–60 раз в секунду (другими словами, частота 50–60 Гц). Может быть трудно понять, как AC обеспечивает энергия, когда она постоянно меняет свое мнение о том, куда она направляется! Если электроны, выходящие из вашей розетки, получат, скажем, несколько миллиметрах вниз по кабелю, затем нужно изменить направление и вернуться опять же, как они вообще добрались до лампы на вашем столе, чтобы сделать ее загораться?

Ответ на самом деле довольно прост.Представьте себе кабели бегает между лампой и стеной, набитой электронами. Когда вы нажимаете на переключатель, все электроны заполняют кабель колебаться взад и вперед в нити лампы — и это быстрое перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и заставляет лампы накаливания свечения. Электроны не обязательно должны двигаться по кругу для переноса энергии: в AC они просто «бегут на месте».

Анимация: В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока? Предположим, вам нужно пропылесосить комнату.Прямой ток немного похож на движение от одной стороны до другой по прямой; переменный ток похож на движение вперед и назад на пятно. Оба выполняют свою работу, хотя и немного по-разному!

Что такое инвертор?

Одно из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Westinghouse, босс Westinghouse Electrical Company), что большая часть бытовой техники, которая есть в наших домах, специально разработана работать от сети переменного тока. Устройства, которым нужен постоянный ток, но которые должны потреблять электроэнергию от розеток переменного тока требуется дополнительное оборудование, называемое выпрямителем, обычно строится из электронных компонентов, называемых диоды для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и его довольно легко понять суть того, как это работает. Допустим у вас в фонарик и выключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи, всегда в одном направлении, как гоночная машина по трассе. Что теперь если вынуть аккумулятор и перевернуть. Предполагая, что он подходит в противном случае он почти наверняка будет питать фонарик, и вы не заметит никакой разницы в получаемом вами свете, но электрическая ток на самом деле будет течь в обратном направлении. Предположим, вы у них были молниеносные руки и они были достаточно ловкими, чтобы постоянно менять направление движения. аккумулятор 50–60 раз в секунду. Тогда вы станете чем-то вроде механического инвертор, превращающий питание постоянного тока батареи в переменный ток с частотой 50–60 герц.

Фото: Типичный электрический инвертор. Это сделано Xantrex / Trace Engineering. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (DoE / NREL).

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не работают должным образом. таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные Включает и выключает переключатели, которые быстро включаются и выключаются для изменения направления тока направление.Подобные инверторы часто производят так называемый прямоугольный выход: ток либо течет в одну сторону, либо наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями:

Подобные резкие перепады мощности очень опасны для некоторых видов электрического оборудования. При нормальном питании переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого плавно изменяющегося выхода переменного тока из Вход постоянного тока.В них используются электронные компоненты, называемые индукторами и конденсаторы, чтобы выходной ток увеличивался и падал более плавно чем резкий, включающий / выключающий прямоугольный сигнал на выходе, который вы получаете с базовый инвертор.

Инверторы

также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного Входное напряжение постоянного тока в совершенно другое выходное напряжение переменного тока (выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше чем входная мощность: из сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не могут отдавать больше мощности, чем потребляют в, и некоторая энергия неизбежно будет потеряна в виде тепла по мере того, как течет электричество через различные электрические и электронные компоненты. В На практике КПД инвертора часто превышает 90 процентов, хотя основы физики говорят нам, что некоторая энергия — пусть и небольшая — всегда где-то потрачено впустую!

Как работает инвертор?

Мы только что получили очень простой обзор инверторов — и теперь давайте вернемся к нему еще раз. немного подробнее.

Представьте, что вы — аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вас вместо этого производить AC. Как бы ты это сделал? Если все ток, который вы производите, течет в одном направлении, а как насчет добавления просто переключиться на выходной провод? Включение и выключение тока, очень быстро, будет давать импульсы постоянного тока — что будет при минимум половина работы.Чтобы обеспечить нормальный ток переменного тока, вам понадобится переключатель, который позволил вам полностью изменить направление тока и сделать это около 50-60 раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую контакты вперед и назад более 3000 раз в минуту. Вот такая аккуратная работа пальцами, которая вам понадобится!

По сути, устаревший механический инвертор сводится к коммутационному блоку. подключен к электрическому трансформатору. Если вы изучили наши статья о трансформаторах, вы узнаете, что они электромагнитные устройства, которые изменяют переменный ток низкого напряжения на переменный ток высокого напряжения или наоборот, с использованием двух катушек проволоки (называемых первичной и вторичной), намотанной вокруг общего железного сердечника.В механическом инверторе либо электродвигатель или какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий постоянный ток вперед и назад в первичной, просто поменяв местами контакты, и это производит переменный ток во вторичной обмотке — так он не так уж сильно отличается от воображаемого инвертора, который я набросал выше. Переключающее устройство работает немного так же, как и в электрический дверной звонок. Когда питание подключено, он намагничивает переключатель, потянув ее открыть и на короткое время выключить. Весна тянет переключите обратно в положение, включите его снова и повторите процесс — снова и снова.

Анимация: Базовая концепция электромеханического инвертора. Постоянный ток подается на первичную обмотку (розовые зигзагообразные провода с левой стороны) тороидального трансформатора (коричневый пончик) через вращающуюся пластину (красный и синий) с перекрестными соединениями. Когда пластина вращается, она неоднократно переключает соединения с первичной обмоткой, поэтому трансформатор получает на вход переменный ток, а не постоянный ток.Это повышающий трансформатор с большим количеством обмоток во вторичной обмотке (желтый зигзаг, правая сторона), чем в первичной, поэтому он увеличивает небольшое входное напряжение переменного тока до большего выходного переменного тока. Скорость вращения диска определяет частоту выходного переменного тока. Большинство инверторов не работают так; это просто иллюстрирует концепцию. Установленный таким образом инвертор будет производить очень грубую прямоугольную волну на выходе.

Типы инверторов

Если вы просто включаете и выключаете постоянный ток или переключаете его обратно и вперед, так что его направление продолжает меняться, то, что вы в конечном итоге, очень резкие изменения тока: все в одну сторону, все в другую направление и обратно.Нарисуйте диаграмму тока (или напряжения) против времени, и вы получите прямоугольную волну. Хотя электричество, различающееся таким образом, составляет , технически , переменный ток, это совсем не похоже на переменный ток доставляется в наши дома, что гораздо более плавно волнообразная синусоида). Вообще здоровенный бытовые приборы в наших домах, которые используют чистую электроэнергию (например, электрические обогреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники) не особо заботятся волны какой формы они получают: все, что им нужно, это энергия и много это — так что прямоугольные волны их действительно не беспокоят.Электронные устройства, на с другой стороны, они гораздо более привередливы и предпочитают более плавный ввод они получают от синусоиды.

Подпись: Никола Тесла. Хотя он выиграл войну токов, его соперника Томаса Эдисона до сих пор помнят как первооткрывателя электроэнергии. Гравюра Теслы работы Саронга, 1906 год, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов: инверторы истинной / чистой синусоидальной волны (часто сокращается до PSW) и модифицированные / квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW).В виде их название предполагает, что настоящие инверторы используют так называемые тороидальные (в форме пончика) трансформаторы и электронные схемы для преобразования постоянный ток в плавно изменяющийся переменный ток очень похожий на настоящую синусоиду, обычно подаваемую в наши дома. Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока. источник, включая телевизоры, компьютеры, видеоигры, радио и стереосистемы.

Модифицированные синусоидальные инверторы, с другой стороны, используют относительно недорогая электроника (тиристоры, диоды и другие простые компоненты) на производят своего рода «закругленную» прямоугольную волну (гораздо более грубую приближение к синусоиде), и пока они подходят для доставки мощность для здоровенных электроприборов, они могут вызывать и действительно вызывают проблемы с тонкой электроникой (или чем-либо с электронным или микропроцессорным контроллером), в общем, это означает, что они не подходят для ноутбуков, медицинского оборудования, цифровых часы и устройства умного дома. Кроме того, если задуматься, их закругленный квадрат волны в целом обеспечивают большую мощность устройства, чем чистая синусоида (площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает некоторый риск перегрева инверторов MSW. С другой стороны, они, как правило, немного дешевле, чем настоящие инверторы.

Изображение: Модифицированная синусоида (MSW, зеленый) больше похожа на синусоидальную волну (синий), чем на прямоугольную (оранжевый), но все же включает в себя внезапные резкие изменения тока.Чем больше шагов в модифицированной синусоиде, тем ближе она к идеализированная форма истинной синусоиды.

Хотя многие инверторы работают как автономные блоки с аккумулятором, которые полностью Независимо от сети, другие (известные как инверторы , связанные с энергосистемой, или инверторы , связанные с сетью, ) являются специально разработан для постоянного подключения к сети; обычно они используются для передачи электричества от чего-то как солнечная панель, обратно в сеть с правильным напряжением и частотой. Это нормально, если ваша главная цель — выработать собственную силу. Это не так полезно если вы хотите иногда быть независимым от сетки или хотите резервный источник питания на случай отключения электричества, потому что если ваш подключение к сети прерывается, и вы не производите электроэнергию самостоятельно (например, сейчас ночь и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже выходит из строя, и вы совершенно лишены силы — так же беспомощны, как если бы вы генерировали свою собственную силу или нет.По этой причине некоторые люди используют бимодальные или двунаправленные инверторы , которые могут работать либо в автономном, либо в привязанном к сети режиме (хотя и не в обоих одновременно). С у них есть лишние детали, они имеют тенденцию быть более громоздкими и более дорогой.

Что такое инверторы?

Инверторы

могут быть очень большими и здоровенными, особенно если они имеют встроенный аккумуляторные батареи, чтобы они могли работать автономно. Они тоже выделяют много тепла, поэтому они имеют большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы.Как вы можете видеть на нашем верхнем фото, типичные размером с автомобильный аккумулятор или автомобильное зарядное устройство; большие единицы выглядят немного похоже на батарею автомобильных аккумуляторов в вертикальной стопке. Самые маленькие инверторы больше переносные коробки размером с автомобильный радиоприемник, которые можно подключить к прикуривателю розетка для производства переменного тока для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Фото: Микроинверторы — это небольшие компактные инверторы, обычно используемые для преобразования постоянного тока на выходе одной фотоэлектрической солнечной панели в переменный ток, который можно подавать прямо в электросеть.Другими словами, каждая панель имеет свой микроинвертор. На этой фотографии показаны шесть микроинверторов Enphase IQ 6, которые проходят испытания в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). Они подключены к Интернету, а это значит, что вы можете отслеживать их работу через свой веб-браузер. и отслеживать, как он меняется с течением времени. Фото Денниса Шредера любезно предоставлено NREL.

Как бытовые приборы различаются по потребляемой мощности, так и инверторы различаются в мощности, которую они производят. Обычно на всякий случай вы нужен инвертор, рассчитанный примерно на четверть выше максимальной мощности устройства, которым вы хотите управлять.Это учитывает тот факт, что некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют пиковую мощность при первом включении. Пока инверторы могут обеспечивать пиковую мощность в течение коротких периодов времени, это Важно отметить, что они не предназначены для работы на пике мощность на длительные периоды.

Что такое инвертор мощности? | Тех

Дата: 31.08.2021

Какая технология представляет собой инвертор?

Схема инвертора мощности и устройство инвертора мощности

Термин «инвертор» в основном относится к схеме, которая преобразует постоянный ток в переменный (силовой инвертор схема), но это также может относиться к устройству инвертора мощности, особенно в бытовых приборах, таких как воздушные кондиционеры и стиральные машины.

Не только бытовая техника выигрывает от использования инверторных устройств. Причина, по которой лифты и конвейеры не ускоряются и не останавливаются внезапно, потому что ускорение двигателя хорошо регулируется. Сила инверторные устройства помогают регулировать скорость двигателя.

Какая технология представляет собой устройство с преобразователем мощности? Возьмем, к примеру, кондиционер. Воздух Кондиционер без инвертора может приостановить работу, только когда он станет слишком холодным, и возобновить работу, когда он становится слишком жарко.Это очень неэффективно, поскольку температура в помещении нестабильна, а потребление энергии велико.

С другой стороны, кондиционер, оснащенный инвертором, вращает двигатель на высокой скорости, чтобы вращать вентилятор. когда он начинает охлаждаться, и когда температура приближается к заданному значению, вентилятор замедляется, чтобы продолжить операция с постепенной сменой. Результат — меньше бесполезных движений и более энергоэффективная работа, чем у кондиционер, который только включается и выключается.

Вот почему слово «инвертор» часто используется в сфере бытовой техники. В последние годы инверторы также сыграл активную роль в увеличении числа индукционных плит, в которых используются токи переменного тока с чрезвычайно высокой высокие частоты от 20 кГц до 90 кГц. В индукционных плитах используются токи переменного тока очень высокой частоты, в диапазоне от 20 кГц до 90 кГц, который можно использовать, изменяя частоту с помощью устройства инвертора мощности.

Возможность гибкого изменения скорости вращения и ускорения двигателя в соответствии с приложением очень полезный.Так почему же устройство инвертора мощности позволяет нам гибко изменять скорость вращения двигателя?

Частота и скорость вращения

Силовые инверторы часто используются для изменения переменного тока от розетки до желаемой частоты или напряжения.

Напряжение и частота, подаваемые из розетки, определены как 100 В, 50 Гц для восточной части Японии и 100 В, 60 Гц. для западной Японии, а скорость вращения двигателя определяется частотой.

Скорость двигателя определяется частотой.

Конфигурация устройства инвертора мощности

Как инвертор изменяет частоту? Инвертор состоит из трех элементов: схемы преобразователя, которая преобразует переменный ток в постоянный, конденсатор и схему инвертора мощности.

Сначала схема преобразователя преобразует переменный ток в постоянный, а затем многократно заряжает и разряжает конденсатор до создать стабильный ДЦ. Затем схема инвертора мощности преобразует постоянный ток в переменный с желаемой частотой и напряжением. для вывода.

Принципы схем силового инвертора

В этом разделе мы объясним принцип работы схемы силового инвертора на основе схемы диаграмма с четырьмя переключателями, как показано на рисунке ниже. Схема силового инвертора преобразует прямое ток в переменный ток.

Когда источник питания постоянного тока подключен к цепи и переключатели (1) и (4) включены, переключатели (2) и (3) выключены, а когда переключатели (1) и (4) выключены, переключатели (2) и (3) повернуты включен, повторяется попарно в фиксированном цикле, направление тока, протекающего к нагрузке, переключается и выводят положительное и отрицательное напряжение, создавая переменный ток.Эта технология называется «Коммутационная техника.

Схема, использующая коммутационную технологию, также может преобразовывать переменный ток в постоянный. Если переключатели (1) и (4) замкнуты, когда напряжение находится в положительном направлении, и переключатели (2) и (3) замкнуты, когда напряжение находится в отрицательное направление, ток всегда будет течь в одном направлении к нагрузке.

Рисунок 1: Принцип работы силовой инверторной схемы

Схемы инвертора мощности и интеллектуальные сети

С развитием ИТ и повсеместным использованием Интернета вещей концепция «умной сети» была предложена для более эффективно поставлять и потреблять электроэнергию.Интеллектуальная сеть — это концепция, которая использует ИТ для понимания энергопотребление в реальном времени и сосредоточить передачу энергии рядом с ним.

Чтобы сделать интеллектуальные сети возможными, используются новейшие технологии, такие как электромобили и солнечные батареи. нужный. Ожидается, что и здесь инверторные схемы внесут дополнительный вклад.

Электромобили работают на электричестве от аккумуляторных батарей, установленных в автомобиле для привода двигателя. Однако поскольку электричество, полученное от батареи, является постоянным током, его необходимо преобразовать в переменный ток, чтобы запустить мотор работоспособный. Именно здесь в игру вступают инверторы.

То же самое и с мега солнечными электростанциями. Поскольку электричество, производимое солнечными элементами, является постоянным, оно преобразуется в ту же частоту и напряжение, что и обычно используемое электричество, и отправляется.

Принцип импульсного питания

Принцип инверторов, которые могут выдавать мощность по желанию, управляя переключателями на высоком уровне. скорость, также используется для повышения энергоэффективности и компактности преобразователей.Конвертеры, использующие переключатели для преобразования мощности называют «импульсными источниками питания».

Электронным устройствам требуется стабилизированный постоянный ток с небольшими колебаниями напряжения. В прошлом Тип «адаптера переменного тока», называемый линейным источником питания, использовался для преобразования бытовой энергии переменного тока в постоянный ток при более низкое напряжение. Адаптеры для игровых консолей и ноутбуков, наверное, самые очевидные примеры.

Линейный источник питания сначала снижает напряжение поступающей электроэнергии через трансформатор.Потом, через цепь кремниевых диодов переменный ток выпрямлялся в одну сторону, сглаживаясь конденсатор, и на его пути к цепи электронного устройства.

Из-за большого железного сердечника, используемого в этом трансформаторе, обычные адаптеры переменного тока были большими и тяжелыми.

Преобразователи

, в которых используются схемы переключения, существенно изменили это положение. В преобразователе, использующем схему переключения, напряжение пропускается через схему переключения вместо того, чтобы снижаться вначале.

Направление переменного тока регулируется схемой переключения, а затем выполняется преобразование напряжения. Однако, как правило, выпрямленное электричество нельзя использовать для преобразования напряжения трансформатором.

Следовательно, полупроводниковый элемент пропускается, чтобы преобразовать его в импульсную волну с постоянным напряжением. течет с перебоями. Это создает псевдо-переменный ток, который может быть преобразован в напряжение с помощью трансформатор. Поскольку частота в это время высока, от нескольких десятков кГц до нескольких сотен кГц, его преимущество заключается в уменьшении размера трансформатора.В результате получается компактный и легкий преобразователь.

Новейшие технологии в преобразователях мощности

Последняя тенденция в инверторах — акцент на силовые устройства. Силовые устройства — это категория элементов схемы, изготовленных из полупроводников, которые могут подавать питание в виде полупроводников в инверторы и преобразователи. К коммутируемым силовым устройствам относятся силовые транзисторы и тиристоры.

Устройства

Power характеризуются высокой допустимой токовой нагрузкой и допуском по напряжению, низким тепловыделением и хорошим рассеиванием тепла, но они также страдают от потерь мощности, например, часть мощности уходит в виде тепла при подаче электроэнергии. Хотя недавние улучшения снизили потери, говорят, что физические улучшения маловероятны.

В ответ на это была продвинута разработка силовых устройств с использованием новых материалов, которые легче проводят электричество и вызывают меньшие потери мощности, чем кремний, материал, который в настоящее время используется для полупроводников, а также карбид кремния (карбид кремния) и нитрид галлия (галлий). нитрид) привлекают внимание.

Несмотря на то, что по-прежнему существует много проблем, таких как высокая стоимость производства, диапазон приложений для силовых инверторов будет продолжать расширяться по мере создания более сложных и сложных схем.

Соответствующие технические знания

Рекомендуемые товары

Источники питания переменного тока

Matsusada Precision используются для оценки схем повышения коэффициента мощности для инверторов и т. Д. Мы предлагаем высокопроизводительные источники питания переменного тока (преобразователи напряжения / частоты переменного тока) в диапазоне от настольных моделей на 500 ВА до моделей для монтажа в стойку 8 кВА, которые могут похвастаться множеством функций. и достаточная выходная мощность при компактном размере.

Блоки питания переменного тока для инверторов

Блоки питания переменного тока для инверторов

Elliott Sound Products

Блоки питания переменного тока для инверторов

© 2014, Род Эллиотт

Вверх

---

Основной индекс Указатель статей

---

Содержание

---

Введение

Инверторы используются везде и по разным причинам.Одно из самых распространенных приложений — преобразование 12 В из автомобильной розетки постоянного тока в 230 или 120 В переменного тока для питания небольших приборов. Они очень распространены, особенно у путешественников с автодомами или караванами. Другой — для «бесперебойных» резервных источников питания (UPS — источник бесперебойного питания) для компьютеров, будь то дома или в крупных центрах обработки данных. Инверторы также используются в солнечных системах и ветряных генераторах, 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 не предназначен для обеспечения процесса проектирования, а для того, чтобы проинформировать читателя, что означают различные термины, как различные типы инверторов взаимодействуют с обычными приборами и как они работают. Однако есть много аспектов процесса проектирования, которые слишком сложны, чтобы пытаться объяснить их подробно, поэтому не ожидайте увидеть все возможные варианты, описанные полностью.

Обратите внимание, что формы сигналов и напряжения показаны для выходного сигнала 50 Гц и 230 В (среднеквадратичное значение).В системах 60 Гц и 120 В используется идентичная технология, просто используется трансформатор с другим соотношением витков и генератор 60 Гц. Входной постоянный ток практически не меняется при заданной выходной мощности. Хотя инвертор 60 Гц теоретически может использовать трансформатор немного меньшего размера, чем блок 50 Гц, разница настолько мала, что ее можно игнорировать для всех практических целей.

Примеры схем показывают полевые МОП-транзисторы, используемые для переключения, но во многих инверторах высокой мощности используются IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), поскольку они более надежны и рассчитаны на работу с очень большими токами.Некоторые бюджетные инверторы могут использовать стандартные биполярные транзисторы, если они имеют только малую мощность, потому что они дешевле, чем альтернативы.

---

1 — Обзор преобразователя

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

Предположим, что на данный момент схема работает на 100%. Это делает вычисления красивыми и простыми, а также дает нам приблизительное представление о том, что последняя схема должна уметь делать в реальной жизни. Входное напряжение 12 В постоянного тока является очень распространенным входным напряжением, и оно подходит для использования в автомобилях, домах на колесах и в компьютерных ИБП.Первое, что нам теперь нужно знать, это сколько нам нужно выходной мощности. Для примера предположим, что мощность составляет 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 батареи, без учета всех потерь. Если вы хотите обеспечить 1 кВт в течение 1 часа, вы быстро обнаружите, что вам нужна батарея на 12 В с номинальной емкостью около 120 Ач (ампер-часов). Свинцово-кислотные батареи — самый экономичный выбор для ИБП, и это то, что у вас уже есть в машине (убедитесь, что вы не разряжаете аккумулятор полностью).Свинцово-кислотные батареи (включая гелевые и AGM) имеют пониженную емкость, если они быстро разряжаются. Например, батарея на 120 Ач обычно обеспечивает заявленную емкость только при разряде в течение 10 часов (т. Е. 10 часов при токе 12 А для батареи 120 Ач). Более высокий ток разряда означает, что емкость аккумулятора уменьшается.

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 больше среднеквадратичного выходного тока для модифицированного прямоугольного инвертора.Входной постоянный ток выше, чем грубый расчет, потому что он должен включать поправку на потери в системе. На самом деле разумно снизить свои ожидания.

Вероятно, будет справедливо сказать, что инверторы — довольно плохая нагрузка для любой батареи, особенно если вы ожидаете выходную мощность более нескольких ватт. В равной степени справедливо сказать, что выходной сигнал любого инвертора , который не является синусоидой («чистой» синусоидой), также является довольно опасным источником для очень многих нагрузок. Невозможно даже составить список, потому что сейчас очень много грузов контролируются электроникой.Когда электроника задействована в нагрузке (особенно двигателях и трансформаторах), можно узнать, что задействовано, только если у вас есть подробные спецификации и / или принципиальная схема.

В некоторых продуктах может быть указано, подходят ли они для использования с различными инверторами, но в большинстве случаев нет. Большинству импульсных источников питания будет достаточно, но они могут подвергаться более высокому пиковому току, чем обычно, если вход не является синусоидальным. С ПК должно быть все в порядке — это та самая нагрузка, на которую рассчитано большинство систем ИБП.В случае сомнений посоветуйтесь с производителем прибора.

Инверторы

обычно классифицируются по форме выходного сигнала, поэтому обычно предлагаются следующие типы . ..

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

Обратите внимание, что инверторы «модифицированная синусоида» и «модифицированная прямоугольная волна» на самом деле довольно разные, но обычно их объединяют вместе, а термины используются взаимозаменяемо.Отчасти это связано с тем, что нет четкого определения терминов, а рекламные материалы печально известны тем, что нарушают правила, чтобы продукт казался более привлекательным. Утверждение, что инвертор представляет собой модифицированную синусоиду, звучит намного лучше, чем утверждение, что это модифицированная прямоугольная волна — особенно для людей, которые мало разбираются в таких вещах. Формы сигналов трех наиболее распространенных типов показаны ниже. В каждом случае среднеквадратичное значение формы волны напряжения составляет 230 В, но только модифицированные прямоугольные и синусоидальные типы поддерживают правильное пиковое напряжение 325 В.

Рисунок 1 — Формы сигналов инвертора, все 50 Гц, 230 В RMS

Для прямоугольных и модифицированных прямоугольных сигналов я добавил синусоидальную волну в качестве наложения, чтобы вы могли четко увидеть разницу. Форма волны «модифицированной синусоиды» здесь не показана, потому что она несколько сложнее и труднее для создания. Существует также несколько различных способов создания модифицированной синусоиды, которые обсуждаются ниже. Как отмечалось выше, во многих рекламных объявлениях вы увидите измененный тип прямоугольной волны, называемый модифицированной синусоидой.Это ложная реклама, но некоторые люди действительно не видят разницы.

Все инверторы на основе прямоугольных импульсов вызывают нагрузку на компоненты подавления помех, установленные на подключенном приборе. Синусоида имеет относительно плавную скорость изменения напряжения (DVDT, также известную как ΔVΔT, изменение напряжения во времени). Прямоугольные волны (модифицированные или другие) имеют очень высокое значение DVDT, и на выходе инвертора требуется дополнительная фильтрация, чтобы снизить его до приемлемого значения для наиболее распространенных нагрузок.

Фильтрация также необходима для того, чтобы продукты прошли испытания на электромагнитные помехи (EMI), которые применяются в большинстве стран. Инверторы нередко вызывают радиопомехи, особенно в диапазоне AM. Вы также можете ожидать, что вам скажут, что это вмешательство вызовет рак, у вас отпадет пупок и у вас появятся вросшие ногти на ногах в результате «грязного электричества», как это стало известно. Может случиться что-то плохое, , но это не значит, что мы используем инверторы, прижатые к нашему телу весь день.Большинство «чистых» синусоидальных инверторов также создают помехи, потому что работают на высоких частотах переключения.

---

2 — Преобразователи прямоугольных импульсов

Самый простой инвертор — прямоугольный. Осциллятор очень простой, и его довольно легко построить. К сожалению, отношение пикового напряжения к среднеквадратичному значению сильно отличается от синусоидального сигнала, и это вызовет нагрузку на некоторые приборы. В частности, двигатели и трансформаторы обычно потребляют намного больший ток, чем они предназначены, поэтому они могут нагреваться до достаточно высокого уровня, чтобы вызвать преждевременный отказ. Большинству импульсных источников питания на это наплевать, и они вполне нормально работают от прямоугольного входа. Конденсаторы для подавления помех будут подвержены нагрузке из-за быстрого нарастания прямоугольной волны.

Синусоида имеет отношение пикового значения к среднеквадратичному значению 1,414 (√2), поэтому синусоида 230 В имеет пиковое значение 325 В, а синусоида 120 В имеет пик 170 В (достаточно близко в каждом случае). Прямоугольная волна с пиковым значением 325 В имеет среднеквадратичное напряжение … 325 В. Пик и среднеквадратичное значение одинаковы. Если напряжение снижается так, чтобы среднеквадратичное значение напряжения было правильным, то многие электронные источники питания будут видеть значительно сниженное входное напряжение, поскольку многие конденсаторы заряжают фильтры до пика напряжения.Таким образом, там, где нагрузка ожидает пикового значения 325 В (или 170 В), она получит пики только 230 или 120 В. Некоторые нагрузки не будут включаться должным образом, если напряжение слишком низкое.

Несмотря на вышесказанное, я сначала объясню базовый прямоугольный инвертор, потому что такая же схема переключения используется и для модифицированного прямоугольного преобразователя. Простую прямоугольную волну легко понять, и с ней будет проще следить за более сложными вариантами. Чаще всего для простых инверторов используется трансформатор с низковольтной первичной обмоткой с отводом от средней точки.Центральный отвод подключается к источнику постоянного тока 12 В, а каждый конец обмотки по очереди соединяется с землей / землей. Это показано на рисунке 2. Важно понимать, что не должно быть времени, когда оба полевых МОП-транзистора включаются одновременно, поэтому есть короткий период, когда оба выключены. Это известно как «мертвое время».

Рисунок 2 — Базовый прямоугольный преобразователь

Инвертор, показанный на Рисунке 2, очень прост — он упрощен до такой степени, что его легко понять, но он не работает очень хорошо.Самая большая проблема упомянута выше — пиковое и среднеквадратичное напряжение одинаковы, что ограничивает его полезность. Однако та же самая базовая схема, работающая на более высокой частоте (25 кГц или более), — это именно то, что используется с очень многими преобразователями постоянного тока в постоянный. См. Например, Проект 89. R1 / C1 и R2 / C2 — это демпфирующие цепи, которые уменьшают выбросы высокого напряжения от трансформатора.

Схема довольно эффективна даже при работе на частоте 50 Гц. Очень важно выбирать транзисторы или полевые МОП-транзисторы с очень низким сопротивлением во включенном состоянии.Крайне важно, чтобы потери в коммутационных устройствах были минимизированы, и для всех соединений и на первичной обмотке трансформатора необходим толстый провод. Каждое маленькое сопротивление довольно быстро складывается в сильноточной цепи, и потери легко могут стать настолько большими, что общий КПД резко снизится. Это не то, что нужно при работе оборудования от аккумулятора, потому что ампер-часы стоят денег.

Как показано, выходной каскад очень похож на используемый во многих различных инверторах. Единственная разница между показанной схемой и модифицированным прямоугольным инвертором — это генератор и коэффициент напряжения трансформатора. Для прямоугольного инвертора коэффициент трансформации определяется как …

R t = V out / V in (где Rt — коэффициент трансформации, Vin — входное напряжение, а Vout это среднеквадратичное выходное напряжение … равное пиковому напряжению с прямоугольным преобразователем)
R t = 230/12 = 1: 19,16

Вышеупомянутое не учитывает потери, и соотношение должно быть от 1:20 до 1:22 (для каждой первичной обмотки), чтобы учесть потери на полевых МОП-транзисторах и в обмотках трансформатора.Этот тип инвертора не имеет механизма регулирования, поэтому выходное напряжение будет изменяться в зависимости от нагрузки. Чтобы свести к минимуму отклонения, все потери должны быть минимальными.

Форма волны переменного тока колеблется в положительном и отрицательном направлении, поэтому размах напряжения вдвое превышает пиковое напряжение. Это достигается за счет трансформатора, который имеет двойную первичную обмотку с центральным отводом. Из-за двойной первичной обмотки соотношение также может быть записано как 1 + 1: 20 (например). Соотношение, основанное на напряжении на всей первичной обмотке , составляет 1:10, а размах входного напряжения на самом деле составляет 24 В.Это напряжение на каждом переключающем МОП-транзисторе — оно варьируется от близкого к нулю до +24 В. Это простая теория трансформаторов — если вы не понимаете, прочтите статьи «Трансформаторы, часть 1» и «Трансформаторы», часть 2.

---

3 — Модифицированные преобразователи прямоугольной формы

Чтобы обеспечить форму сигнала, которая имеет такое же среднеквадратичное пиковое напряжение и , что и сеть, нам необходимо изменить форму сигнала на показанную на рисунке 1B. Остальная часть схемы остается такой же, но коэффициент трансформации изменяется так, что создается пиковое напряжение.

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

Опять же, необходимо сделать поправку на коммутационное сопротивление и сопротивление обмотки трансформатора, поэтому конечное соотношение будет около 1:30 для получения необходимого пикового напряжения 325 В для напряжения 230 В RMS под нагрузкой. Многие обычные нагрузки зависят от пикового напряжения, в частности, простые импульсные источники питания. К сожалению, невозможно регулировать пиковое напряжение с помощью базовой конструкции, но — относительно легко регулировать среднеквадратичное напряжение, просто изменяя ширину импульсов напряжения.По мере увеличения ширины импульса среднеквадратичное напряжение увеличивается, даже если пиковое напряжение может уменьшаться.

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

Рисунок 3 — Подробное описание модифицированной формы прямоугольной волны

Естественно, для сети 60 Гц синхронизация другая, но существенная часть состоит в том, что период формы волны делится поровну на 4 дискретных сегмента, которые точно равны. Для 50 Гц период составляет 20 мс, поэтому форма волны состоит из сегментов 4 × 5 мс. Это может быть не сразу заметно, но это дает такое же пиковое / среднеквадратичное значение 1,414, что и синусоида. Среднеквадратичное значение составляет 230 В, а пиковое — 325 В (плюс-минус доли вольта). Искажение составляет довольно высокие 47% (THD), и, хотя его можно уменьшить, изменяя ширину импульсов, это приводит к изменению напряжения. Наилучший показатель искажения (28% THD) достигается, когда ширина импульса составляет около 7 мс (вместо 5 мс), но среднеквадратичное напряжение увеличивается до более 270 В.В целом, импульсы с одинаковой синхронизацией и мертвое время гораздо проще генерировать и дают довольно хороший общий результат.

Для трансформатора требуется другое отношение витков, как описано выше. За исключением генератора, схема инвертора идентична схеме, показанной на рисунке 2. Генератор должен быть более сложным для формирования сигнала, но это несложно и может быть выполнено множеством различных способов. Один из самых простых — использовать PIC (или любой другой программируемый микроконтроллер), что также означает, что стабильность частоты может быть очень хорошей, если в контроллере используется кварцевый генератор.

Регулировка среднеквадратичного напряжения может быть достигнута путем увеличения или уменьшения ширины импульсов напряжения, но пиковое напряжение не может регулироваться без крайней сложности схемы. Для простого инвертора, который подходит для многих распространенных нагрузок, дополнительные схемы никогда не будут добавлены, потому что схема больше не будет простой.

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

---

4 — Модифицированные синусоидальные преобразователи

В то время как модифицированный прямоугольный инвертор можно рассматривать как очень грубую форму ШИМ, в одной из форм модифицированного синусоидального сигнала используется низкоскоростной ШИМ для достижения грубого приближения к синусоиде (обсуждается ниже).Другой вариант — построить ступенчатую форму волны путем включения и выключения различных обмоток трансформатора. Это показано ниже, и вы можете видеть, что это начинает напоминать довольно частичную синусоиду. Это грубая форма амплитудно-импульсной модуляции (PAM), методика, которая была распространена в течение короткого периода, прежде чем полностью цифровые системы стали экономически целесообразными.

Рисунок 4 — Измененная форма синусоидального сигнала

Эта форма волны не может быть создана с помощью простого переключения, показанного выше, и для генерации выходного напряжения требуется трансформатор с большим количеством первичных обмоток. Тщательно регулируя количество оборотов и время переключения, можно получить форму волны с искажением около 20% или лучше. Из-за относительной сложности формы сигнала его необходимо создавать с использованием дискретной логики (дешевой, но негибкой) или программируемого микроконтроллера (PIC или аналогичного), что позволяет при необходимости точную настройку синхронизации.

Этот тип инвертора не является распространенным, потому что его трансформатор более сложный и требует дополнительных переключающих транзисторов и схем управления.Теперь, когда технология усилителей класса D стала обычным явлением, проще и дешевле построить «настоящий» синусоидальный инвертор, чем бездельничать, пытаясь реализовать работоспособный модифицированный синусоидальный сигнал. Чтобы дать вам представление об относительной сложности, на рисунке 5 показана упрощенная схема.

Рисунок 5 — Упрощенная схема модифицированной синусоиды

Генератор частоты больше не уместно называть осциллятором, потому что он должен генерировать относительно сложную форму волны. 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 вывода в течение первых 1 мс, все полевые МОП-транзисторы выключены
2. Выход 1 переходит в высокий уровень, включается Q1. Ток течет через верхние первичные обмотки в течение 2 мсек.
3. Выход 1 становится низким, выход 2 становится высоким, включается Q2. Ток протекает через половину верхней первичной обмотки в течение 4 мсек.
4. Выход 2 становится низким, выход 1 снова становится высоким на 2 мс
5. Все выходы остаются низкими в течение 2 мс, затем мы начинаем отрицательный полупериод
6. Выход 3 переходит в высокий уровень, включается Q3.Ток течет через нижнюю первичную обмотку в течение 2 мсек.
7. … остаток цикла должен быть очевиден, чему способствуют формы сигналов, показанные для каждого выхода генератора сигналов

Крайне важно, чтобы никакие два полевых МОП-транзистора не были включены одновременно и , иначе будет протекать чрезвычайно высокий и, возможно, разрушительный ток. Это означает, что в форме выходного сигнала будут небольшие сбои, но на большинство нагрузок это не повлияет. Некоторая базовая фильтрация удаляет самые высокие гармонические частоты и необходима для предотвращения радиочастотных помех.Не показаны ни демпферные цепи, ни предохранитель.

Описанные временные характеристики сигналов приведены только в качестве примера. Чтобы оптимизировать отношение пикового значения к среднеквадратичному значению и характеристики искажения, необходимо будет внести небольшие изменения в синхронизацию каждого импульса и периода выключения. Это также будет необходимо для изменения частоты — синхронизация описанных импульсов будет обеспечивать выходную частоту 50 Гц. Изменения в соотношениях обмоток трансформатора и небольшие временные модификации могут быть выполнены для оптимизации пикового и максимального значения.Среднеквадратичное значение напряжения и выходных искажений. При таком расположении должно быть возможно получить искажение ниже 20% с отношением пика к среднеквадратичному значению, очень близким к 1,414: 1.

Существует еще один вариант инвертора «модифицированного синусоидального сигнала», 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 дискретизации» должна быть нечетной гармоникой желаемой основной частоты, чтобы гарантировать симметричную форму выходного сигнала.

Рисунок 6 — Форма сигнала низкоскоростной широтно-импульсной модуляции

Нет смысла пытаться фильтровать этот сигнал, потому что частота дискретизации слишком мала и никакой разумный фильтр не может удалить гармоники. У меня нет личного опыта работы с этим типом инвертора, поэтому я не могу точно сказать, как будут себя вести наиболее распространенные нагрузки. Из-за очень высокого содержания гармоник большинство двигателей и трансформаторов могут быть подвержены нагрузкам и перегреваться. С 96% -ным гармоническим искажением это, безусловно, наихудший результат, и если вы собираетесь столкнуться с проблемой ШИМ, то с самого начала это может быть реальная вещь. Как и другой вариант «модифицированной синусоиды», показанный выше, реализация истинной синусоиды будет стоить так немного дороже, что не стоит рассматривать низкоскоростной ШИМ.

---

5 — Преобразователи синусоидальной волны

Создание 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 распространено для лабораторных источников питания с синусоидальной волной, и один из них есть у меня в мастерской. Он очень большой, чрезвычайно тяжелый (два очень больших трансформатора и большой радиатор), и, хотя форма волны очень хорошая, он достаточно нагревается при полной нагрузке, чтобы в полной мере использовать установленные мощные вентиляторы. Полностью забудьте про работу от батареи, потому что она работает от относительно высокого напряжения, чтобы поддерживать ток в разумных пределах. В этом источнике питания (некорректно называть его инвертором) используется огромное количество силовых транзисторов, позволяющих управлять «сложными» нагрузками.

Хотя можно использовать почти такую ​​же схему усилителя мощности, как показано на рисунке 2, для получения хорошей линейности требуется много обратной связи. Обычно проще использовать более или менее обычный усилитель мощности (но помните, что он должен быть полностью защищен от случайных коротких замыканий, обычных кратковременных перегрузок и, возможно, очень реактивных нагрузок. Это делает усилитель сложным и дорогим, и тем более, если вы хотите работать, если от низкого напряжения питания.

Когда напряжение питания составляет всего 12 В постоянного тока, почти необходимо запускать два усилителя в мостовом (BTL) режиме, поскольку это фактически удваивает напряжение питания.Использование линейного усилителя мощности нецелесообразно для инвертора для ИБП из-за низкого КПД (не более ~ 60% для «реальных» схем), хотя его можно немного увеличить за счет некоторых искажений. Ожидать, что общая эффективность превышает 70%, как правило, нереально, если синусоида не ограничена до такой степени, что она напоминает прямоугольную волну.

Рисунок 7 — Форма волны с отсеченной «чистой» синусоидой

При искажении чуть более 5% (сеть может быть хуже), среднеквадратичное напряжение 231.5 В и пиковое значение 310 В, приведенная выше форма сигнала очень близка к форме, полученной непосредственно от сети. Из-за ограничения КПД будет около 70-75% — несколько лучше, чем теоретический максимум с чистой синусоидой. Транзисторам по-прежнему нужны массивные радиаторы, и, конечно же, каждый ватт тепла должен отдаваться батареей.

Как должно быть очевидно, это не идеальная схема. Относительно низкие искажения хороши для двигателей и других индуктивных нагрузок и вызывают небольшую нагрузку на любую нагрузку, потому что они близки к тому, что выходит из стенной розетки.Однако дополнительная разрядка батареи достаточно высока, поэтому при нагревании вы теряете не менее 30% емкости батареи.

Поскольку это нежизнеспособный вариант, не предусмотрена репрезентативная схема. Если кто-то хотел построить инвертор с использованием линейных усилителей, это возможно и потенциально полезно при низких уровнях мощности. Один из примеров, который приходит на ум, — это использование синусоидального генератора с кварцевым управлением, усилителя мощности IC и подходящего трансформатора для создания до 10 Вт или около того. Такое расположение идеально подходит для привода синхронных часов или двигателей поворотного стола, которые обычно потребляют максимум 2–3 Вт.Обеспечение того, что усилитель имеет зажим , поможет снизить общую рассеиваемую мощность.

---

6 — широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

PWM — это технология выбора для максимальной эффективности и чистого синусоидального выходного сигнала. Частота модуляции должна быть достаточно высокой, чтобы ее никто не услышал, что обычно означает не менее 25 кГц. Могут использоваться более низкие частоты, но шум от трансформатора или катушки индуктивности фильтра может быть недопустимым, а компоненты фильтра будут больше и дороже. Существует бесчисленное множество наборов микросхем для создания схем ШИМ, и нетрудно получить очень высокую производительность при высокой эффективности. Можно получить правильно спроектированный усилитель класса D с КПД от 80% до 90%, но также необходимо учитывать потери в трансформаторе.

Для выходной мощности более 200 Вт в усилителе класса D почти наверняка будут использоваться дискретные компоненты. Доступны усилители IC, которые могут делать больше, но инвертор — это особый случай, когда дело касается нагрузки.Многие обычные нагрузки при первом включении будут близки к короткому замыканию (например, двигатели, тороидальные трансформаторы и простые блоки питания с конденсаторами выпрямителя и фильтра), что вызывает чрезмерную нагрузку на усилитель.

Для выходной мощности 500 Вт (например) при 230 В полное сопротивление нагрузки составляет 106 Ом. Поскольку для трансформатора потребуется соотношение 1:30 (отношение импеданса 1: 900), эффективная нагрузка на усилитель мощности составляет всего 118 мОм — 0,118 Ом! Это чрезвычайно низкий импеданс, который дает представление о типе испытываемой нагрузки. Помните, что оно может упасть почти до нуля, ограничиваясь только сопротивлением обмоток трансформатора, и до сих пор учитывалась только резистивная нагрузка. Более подробная информация о коэффициентах трансформации приведена ниже. Чтобы бороться с высокими потерями, возникающими при таком низком импедансе, разумно (и более эффективно) включить повышающий преобразователь, чтобы увеличить доступное 12 В до чего-то более управляемого. Естественно, что в повышающем преобразователе будут присутствовать потери, но при тщательном проектировании они будут меньше потерь, понесенных без него.

Чтобы изучить процессы, необходимые для усилителя мощности класса D для инверторов, я предлагаю вам прочитать примечание по применению Texas Instruments ^[2] . Это рекомендует использовать «трехуровневую» форму сигнала ШИМ, генерируемую специальной логикой и использующую мостовой выходной каскад. Здесь также показано очень упрощенное объяснение, и я надеюсь, что его будет несколько легче понять. Также стоит посмотреть статью о классе D на сайте ESP ^[3] .

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

Генерация сигнала ШИМ (по крайней мере, теоретически) восхитительно проста.Синусоидальная волна подается на один вход компаратора, а форма волны линейного треугольника — на другой. Когда напряжение сигнала выше опорного, выходной сигнал компаратора высокий, и наоборот. Выход компаратора будет выглядеть как синяя кривая на рисунке 8. Поскольку это простой сигнал включения / выключения, его легко усилить, а исходную синусоиду можно восстановить с помощью относительно простого фильтра индуктивности / конденсатора (LC). Естественно, в реальности все иначе. Выделенные наборы микросхем, которые доступны для генерации сигналов ШИМ, обычно дают гораздо лучшие результаты, чем дискретные ИС, а также предоставляют многие другие вспомогательные функции.К ним относятся драйверы затвора MOSFET и поэтапное ограничение тока, которые необходимы для инвертора, который, как ожидается, будет обеспечивать значительный ток.

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

Рисунок 9 — Упрощенный синусоидальный инвертор ШИМ

Как показано выше, предпочтительно использовать мостовой усилитель для управления первичной обмоткой. Это приводит к удвоению напряжения питания, поэтому максимальное колебание на трансформаторе составляет почти 8.5 В RMS (24 В пик-пик), а не менее 4,25 В, которые можно получить от одного источника 12 В. Ток, который должен регулировать каждый каскад полевого МОП-транзистора, чрезвычайно высок, поэтому требуются полевые МОП-транзисторы с чрезвычайно низким RDS на (по сопротивлению). При пике нагрузки всего 1 А каждый полевой МОП-транзистор будет коммутировать пиковый ток не менее 30 А постоянного тока.

Мостовые усилители с ШИМ управляются так же, как и любые другие мостовые усилители, но с помощью сигнала ШИМ. Поскольку высокочастотное переключение может нанести ущерб при подключенном трансформаторе, может потребоваться использование выходных фильтров нижних частот, чтобы сигнал переключения был изолирован от трансформатора.Если трансформатор имеет очень низкую индуктивность рассеяния, можно будет разместить на выходе фильтр нижних частот, но это означает, что требуемая индуктивность будет больше, чем требуется, если фильтр находится в цепи низкого напряжения. Секции драйвера MOSFET отвечают за сдвиг уровня (верхняя сторона) и за обеспечение требуемого мертвого времени, чтобы гарантировать, что пары вертикальных полевых МОП-транзисторов (Q1, Q2 и Q3, Q4) никогда не будут включены одновременно.

---

6,1 — ШИМ высокого напряжения

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

Рисунок 10 — Преобразователь постоянного тока в постоянный, высоковольтный ШИМ

Такая компоновка позволяет оптимизировать преобразователь постоянного тока в постоянный, а трансформатор может быть намного меньше, чем в противном случае. Хотя для преобразователя постоянного тока показаны только два IGBT, в идеале он должен использовать несколько сильноточных устройств, подключенных параллельно, так что чрезвычайно высокий ток может обрабатываться с минимальными потерями. Так как это устройство может использоваться с инверторами любой мощности, но оно становится экономичным только для выходной мощности, возможно, 250 ВА или более (обычно с учетом пикового значения или номинального напряжения 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 H-мост, так что напряжение постоянного тока составляет только половину того, что в противном случае необходимо для полного цикла переменного тока. Может показаться глупым использование двух отдельных ступеней, с преобразователем постоянного тока в постоянный, за которым следует генератор синусоидальных сигналов ШИМ на полном сетевом напряжении, но это имеет много преимуществ и, если все сделано правильно, будет более эффективным, чем одиночный переключающий каскад. Этот подход также упрощает регулирование, но требует наличия комплексных защитных схем вокруг выходных переключающих устройств (не показаны на рисунке 10).

Обеспечение защиты не особенно сложно, но она должна быть достаточно быстрой, чтобы защитить коммутационные устройства в худших условиях. Сетевые нагрузки могут быть очень тяжелыми для инверторов, потому что их очень много, что кажется близким к короткому замыканию при подаче питания. Большинство импульсных источников питания, большие трансформаторы и двигатели особенно сложны, причем двигатели являются одними из самых сложных. Пусковой ток для типичных двигателей очень высок, и если двигатель должен запускаться под нагрузкой (холодильные компрессоры являются одним из худших нарушителей), проблема еще больше.Если инвертор не может подавать ток, достаточный для запуска двигателя, может быть поврежден либо инвертор, либо двигатель (или оба).

Рисунок 11 — Фотография высоковольтного ШИМ-инвертора мощностью 300 Вт

На фотографии выше показаны внутренности инвертора мощностью 300 Вт, который довольно точно соответствует блок-схеме, показанной на Рисунке 10. Секция вывода управляется микроконтроллером PIC и двумя комбинированными драйверами полевых МОП-транзисторов IR2110, каждый из которых управляет парой полевых МОП-транзисторов высокого напряжения IRF840.PIC отвечает за генерацию синусоиды, вероятно, используя простую таблицу для определения ширины импульса, необходимой для каждого перехода. Он управляется кристаллом, поэтому частота будет довольно точной, но это не было проверено. Искажения очень низкие — все гармоники ниже -40 дБ, поэтому общее искажение вряд ли превысит около 2% — это отличный результат для инвертора.

В главной секции инвертора используется пара IGBT для обработки высокого тока. Большой желтый сердечник с маркировкой PSI-300W является индуктором для выходного фильтра вместе с конденсатором 2 мкФ, 300 В переменного тока.Другое ядро, которое вы видите, — это переключающий трансформатор, который преобразует входное напряжение 12 В примерно в 350 В постоянного тока с частотой переключения ~ 40 кГц.

---

7 — Генераторы

Есть много разных способов сделать осцилляторы, подходящие для генерации синусоидальных и треугольных волн. В высокоинтегрированной коммерческой конструкции они, вероятно, будут как цифровыми, так и предпочтительно с кварцевой синхронизацией, чтобы частота была точной. Для ИБП ситуация усложняется, если вы хотите, чтобы выход генератора был синфазным с сетью, чтобы переключение не происходило без сбоев.В случае автономного генератора синусоидальных сигналов нам все равно, тем более что система также может работать как преобразователь частоты. Например, производство сети 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 ознакомления с различными методами генерации синусоидальных сигналов см. Раздел «Осцилляторы синусоидальных сигналов — характеристики, топологии и примеры». Для источника переменного тока искажение ниже 1% более чем приемлемо, и даже каскад класса D может выиграть (немного), позволив ему ограничить пики. Для большинства приложений совершенно не имеет значения, имеет ли генерируемый сигнал от сети общее искажение до 5%, и это снижает требования к генератору 50/60 Гц. В частности, это означает, что не требуются точные методы стабилизации амплитуды, что упрощает конструкцию.

Рисунок 12 — Трехступенчатый синусоидальный генератор со сдвигом фаз

Несмотря на то, что конструкция проста и имеет довольно низкие искажения, амплитуда будет немного изменяться при изменении частоты с помощью VR1. Амплитуду можно до некоторой степени изменять, изменяя соотношение R3 и R4, но это также изменяет частоту и бесполезно. U1 работает как усилитель с усилением, управляемым R3 и R4. Как показано, он имеет коэффициент усиления 10 (100 кОм / 10 кОм), и при значительном уменьшении усиления он не будет колебаться.Более высокое усиление делает колебания достоверными, но за счет более высоких искажений. При питании от источника 12 В выходной уровень составляет около 460 мВ RMS с искажением 0,8%. Частота составляет 50 Гц с VR1, установленным на 52k. Поскольку выходной синусоидальный сигнал снимается с выхода операционного усилителя, он имеет низкий импеданс. Чтобы получить более высокий уровень, U4 может быть подключен как усилитель, или выходной сигнал может быть взят из U3 (930 мВ с 2% искажением).

Этот генератор может использоваться как с линейными инверторами, так и с инверторами класса D. Очевидно, нет особого смысла создавать синусоидальный генератор для модифицированного прямоугольного инвертора.Хорошую синусоиду можно также создать с помощью цифрового синтеза, и это имеет то преимущество, что ею можно управлять на кристалле. Хотя абсолютная стабильность частоты обычно не очень важна для инвертора, это никому не повредит, и если он поставляется (практически) бесплатно, то что может не понравиться? PIC может использоваться для генерации синусоиды, а также для контроля характеристик схемы, температуры и т. Д.

Рисунок 13 — Триггер Шмитта + генератор треугольников интегратора

Генератор треугольных волн также может быть изготовлен разными способами, но, как показано выше, он довольно прост и имеет хорошую линейность.U1 подключен как триггер Шмитта, на его неинвертирующий вход подается положительная обратная связь. U2 — интегратор. Выходной сигнал от U2 увеличивается до тех пор, пока неинвертирующий вход U1 будет принудительно выше, чем опорное напряжение (Vref) на инвертирующем входе. Он быстро переключает свой выход на высокий уровень, заставляя выход U2 линейно падать до тех пор, пока неинвертирующий вход U1 не станет ниже Vref. Цикл повторяется бесконечно. При указанных значениях и источнике питания 12 В амплитуда выходного сигнала составляет 4 В от пика до пика на частоте 25.8 кГц. VR1 позволяет вам установить уровень в соответствии с уровнем синусоидального сигнала для оптимального уровня модуляции. C2 используется на «нижнем» конце VR1, так что опорное напряжение 6 В сохраняется и не меняется в зависимости от настройки потенциометра. R6 гарантирует, что треугольная волна и опорный уровень постоянного тока не могут быть потеряны, даже если горшок станет разомкнутым.

Рисунок 14 — Компаратор для создания сигнала ШИМ

Комбинируя схемы на рисунках 12 и 13 и добавляя компаратор, мы получаем полный широтно-импульсный модулятор — и да, на самом деле — это так просто.Чтобы получить лучшее представление о точных формах сигнала, обратитесь к рисунку 8. Выходной сигнал — ШИМ, и он готов к отправке на переключающие полевые МОП-транзисторы через подходящий переключатель уровня и ИС драйвера затвора. Они легко доступны, причем International Rectifier IR2110 является одним из самых распространенных. Эта часть специально разработана для управления затворами полевых МОП-транзисторов для усилителей класса D.

Рисунок 15 (слева) — Форма сигнала ШИМ, 2,5 кГц с модуляцией 50 Гц
Рисунок 16 (справа) — Восстановленный сигнал 50 Гц со спектром

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

Восстановленный сигнал показан на рисунке 16 вместе с частотным спектром на нижней фиолетовой кривой. Форма сигнала 50 Гц — это пик в крайнем левом углу, а остаточная частота 2,5 кГц (с его боковыми полосами) видна в центре измерения частотной области. Используемый фильтр представлял собой простой фильтр нижних частот типа резистор-конденсатор с частотой -3 дБ, равной 159 Гц (резистор 10 кОм и конденсатор 100 нФ), поэтому их больше 2.Сигнал 5 кГц, 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 «регулирование», но часто это неправильное регулирование, которое поддерживает как пиковое значение , так и RMS при заданном выходном напряжении. Для модифицированных прямоугольных инверторов схема регулирования будет пытаться поддерживать среднеквадратичное напряжение при падении пикового значения под нагрузкой и / или при разряде батареи.Это достигается за счет увеличения продолжительности периодов включения, и выходное напряжение начинает напоминать напряжение прямоугольного инвертора при увеличении нагрузки.

Истинные синусоидальные инверторы, использующие ШИМ, будут использовать различные методы, но самый простой — это просто позволить выходной форме сигнала ограничиваться. Альтернативой является обеспечение некоторого запаса мощности для ШИМ-усилителя и применение комплексной схемы обратной связи, чтобы гарантировать, что выходной сигнал переменного тока остается в заданных пределах.

Для всех инверторов важно понимать, что ток на входе будет очень высоким.Это означает, что — все, что есть в цепи , может влиять на регулирование, начиная от батареи, проводов питания, коммутирующих устройств и первичных обмоток трансформатора. Даже довольно ничтожный инвертор на 100 Вт будет потреблять 8,33 А постоянного тока при 12 В, но мгновенный ток выше и 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 уменьшить 12 В до 10 В при пиковом токе, то выходное напряжение должно упасть, по крайней мере, пропорционально, и могут быть немного больше потерь из-за внутренних сопротивлений. Требуемый пик 325 В упадет до 270 В, а среднеквадратичное значение упадет примерно до 190 В. Единственный способ добиться правильного регулирования мощности — это обратная связь. Высоковольтный ШИМ-инвертор, вероятно, будет единственным, который может предложить как приемлемое регулирование (лучше, чем 5% от холостого хода до полной нагрузки), так и при сохранении правильного отношения пикового значения к среднеквадратичному значению — см. Ниже.

---

9 — Трансформаторы

Трансформатор, используемый для низкочастотного инвертора, неизменно является повышающим типом. 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 такую ​​же номинальную мощность в ВА.

В зависимости от предполагаемого использования (например, с перебоями или постоянным подключением) допустимые потери будут разными.Трансформатор, который будет использоваться только для эпизодических функций ИБП, может быть меньше идеального, и поэтому он будет дешевле, меньше и легче. Конечно, и потери будут выше. Индуктивность первичной обмотки не имеет большого значения, но она должна быть достаточно высокой, чтобы ток намагничивания при 50 или 60 Гц был достаточно низким, чтобы потери находились в разумных пределах. Расчет индуктивности сетевых трансформаторов — это не точная наука. Большая часть тока намагничивания будет вызвана частичным насыщением, поэтому расчетное значение будет ниже ожидаемого.

В качестве примера, довольно простой (т.е. ничего особенного) трансформатор напряжения сети с соотношением 30: 1 (230–7,67 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 реактивного сопротивления …

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

Отсюда следует, что при передаточном числе витков 30: 1 (7.66V RMS Output) эффективная вторичная индуктивность будет около 16,2 мГн. При использовании инвертора в обратном направлении ток намагничивания в лучшем случае будет 1,5 А, но обычно он будет больше и будет широко варьироваться в зависимости от конструкции трансформатора. Как всегда при проектировании 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 сердечника любого трансформатора максимален при отсутствии нагрузки.Поток всегда уменьшается при увеличении тока нагрузки ^[5] .

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

Как всегда, конструкция трансформатора — это 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 разработчика — разработать максимально толстый провод для необходимых витков и выбрать сердечник достаточно большого размера, чтобы избежать насыщения, но не настолько большого, чтобы он стал слишком тяжелым и дорогим.

Возможно, что удивительно, но даже если усилитель работает с ШИМ на высокой частоте, трансформатор не может быть маленьким с ферритовым сердечником. Низкочастотная составляющая (то есть частота сети) является доминирующим фактором, и трансформатор должен справляться с этим, а не с частотой переключения. Это ограничение применяется даже при отсутствии фильтра нижних частот между усилителем (ами) и низковольтной первичной обмоткой трансформатора.

Естественно, это не тот случай, когда ШИМ выполняется при высоком напряжении, а каскад ШИМ напрямую подает выход переменного тока. В высоковольтных инверторах с ШИМ высокое напряжение генерируется высокочастотным импульсным источником питания, который может использовать сердечник трансформатора гораздо меньшего размера, поскольку он работает на частоте 25 кГц или более. Большинство этих инверторов имеют вентиляторное охлаждение, даже если они имеют довольно низкую выходную мощность (100-200 Вт или около того).

Нет ничего необычного в том, что коммерчески доступные инверторы (низковольтные, повышающие трансформаторы) имеют явно слишком маленький трансформатор.Чтобы получить необходимое количество витков, необходимых для предотвращения насыщения, трансформатор должен использовать провод, который тоньше, чем требуется, чтобы оставаться холодным под нагрузкой. Обычно это решается путем охлаждения трансформатора вентилятором. Хотя это определенно работает и предотвращает расплавление трансформатора, это не предотвращает потерь, которые в первую очередь вызывают нагрев трансформатора. В результате снижается эффективность.

---

Заключение

Как теперь должно быть очевидно, инвертор нетривиален.Многие из доступных дешевых имеют низкое энергопотребление, и если они заявляют, что их мощность превышает 100 ВА, вы можете быть уверены, что они не будут размером с банку для напитка. Помните, что только трансформатор будет рассчитан на полный ток нагрузки, поэтому даже небольшой инвертор (100 ВА или 230 В при 430 мА) нуждается в трансформаторе, рассчитанном как минимум на 100 ВА. Большинство из них заявляют, что выходная мощность может быть вдвое выше номинальной для «импульсного» или «пикового» выхода, но это почти всегда будет означать, что трансформатор будет перегружен в течение этого периода.Распространенный метод, позволяющий использовать трансформатор меньшего размера, чем идеальный, — это охлаждение его вентилятором, и это довольно распространено для дешевых инверторов.

Точность и стабильность частоты редко упоминаются. Хотя это относительно неважно для большинства приложений (обычно достаточно 5% точности), в некоторых случаях чрезвычайно важны как стабильность, так и частота. Не думайте, что любой бюджетный инвертор достаточно стабилен, чтобы управлять синхронными часами или двигателями таймера, например. Ошибка, несущественная для большинства приложений, чрезвычайно важна для часов и механических таймеров, которые используют сеть в качестве опорной частоты.

Если кому-то интересно, проекта синусоидального инвертора нет и не будет. На сайтах онлайн-аукционов будет много предложений по инверторам, некоторые из них будут иметь вид модифицированной прямоугольной волны (но с заявлением о «модифицированной синусоиде»), а другие показаны как истинные синусоиды. Это может быть правдой, а может и нет. В любом случае, по тем ценам, по которым они продаются, не стоит пытаться его построить. В общем, я бы посоветовал вам уменьшить заявленный рейтинг вдвое, поскольку я подозреваю, что очень немногие способны достичь заявленных значений мощности, но даже после этого они все еще дешевы.

Из-за очень больших токов переключающие устройства должны быть чрезвычайно прочными, и необходима хорошая защита, чтобы гарантировать, что кратковременные перегрузки не вызовут сбоев. Также необходимо включить защиту аккумулятора, чтобы при падении напряжения ниже заданного минимального напряжения инвертор отключался. Если это не входит в комплект, батарея будет разрушена, потому что все текущие химические соединения будут повреждены, если они будут разряжены слишком далеко. В качестве ориентира вы можете принять около 10 А на каждые 100 Вт выходной мощности при входном напряжении 12 В.Это предполагает общий КПД около 83%, который будет охватывать большинство бюджетных инверторов, а также довольно много высококлассных типов.

Тем, кто так склонен, может быть интересно просмотреть некоторые рекламные объявления инверторов. Я видел (заявленные) инверторы мощностью 2500 Вт (пиковая мощность 5000 Вт), где указано, что устройство имеет предохранитель на 40 А. При питании 12 В инвертор может 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 постоянного тока на 40А. Возможно, они рассказывают непослушные выдумки.

* 40А при 12В — это 480Вт , входная мощность , без учета потерь. Фактическая выходная мощность будет около 460 Вт с учетом «типичных» потерь в схемах. При 13,8 В (аккумулятор заряжается) 40 А составляет 552 Вт входная мощность, далеко не 2,500Вт.

---

Список литературы

1. Преобразователь синусоидальной волны постоянного / переменного тока — Вустерский политехнический институт
2. Эталонный дизайн инверторов с чистой синусоидой, 800 ВА — 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, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 2014. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, 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. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и авторские права © март 2014 г.

8 лучших автомобильных инверторов мощности 2021 г.

Персонал

Автомобильный инвертор может преобразовывать 12-вольтовый источник постоянного тока автомобиля в переменный ток на 120 вольт, используемый в бытовых электросетях. Проще говоря, это позволяет заряжать самые разные устройства в автомобиле. Точная зарядная мощность инвертора определяется спецификацией мощности, установленной производителем, при этом более дорогие модели обычно обеспечивают большую мощность.

На что обратить внимание

Как мы уже упоминали, мощность очень важна, поэтому при покупке инвертора внимательно следите за потребностями в мощности. Чрезмерное потребление энергии от вашего инвертора может вызвать перегоревшие предохранители или электрические неисправности. Также имейте в виду, что когда вы подключаете несколько устройств, мощность увеличивается. Такие вещи, как телефоны и зарядные устройства для фотоаппаратов, потребляют ничтожное количество энергии, в то время как телевизоры и компьютеры могут потреблять около 50-100 Вт каждый. Обогреватели и электроинструменты сами по себе могут потреблять более 1000 Вт.

Вы также захотите, чтобы двигатель работал для устройств мощностью более 100 Вт, поскольку они со временем разряжают аккумулятор вашего автомобиля. Обратите внимание на количество розеток, доступных на устройстве, и его источник питания. Инверторы малой мощности удобно подключаются к любой автомобильной 12-вольтовой розетке, в то время как инверторы большей мощности могут нуждаться в непосредственном подключении к батарее.

Как мы выбрали

Popular Mechanics выбрал эти продукты по разным ценам, используя комбинацию практического опыта и исследований, проведенных с помощью таких источников, как Autoguide , CNET и Consumer Reports .

Реклама — продолжить чтение ниже

1

Лучший вариант бюджета

Инвертор мощности BESTEK 75 Вт

Для тех, кому нужно запитать всего несколько небольших устройств, эта модель настолько проста, насколько это возможно с инверторами. Емкости в 75 ватт должно хватить для зарядки телефонов, ноутбуков и аккумуляторов фотоаппаратов, но более крупная электроника не подойдет. Он преобразует розетку на 12 В в одну бытовую розетку и пару USB-портов для зарядки.Кузов также может поворачиваться примерно на 45 градусов для облегчения доступа.

• Малая мощность
• Только одна розетка на 120 В

2

Удобный дизайн

Инвертор мощности BESTEK 200 Вт

За несколько долларов эта модель Bestek дает вам дополнительную мощность в удобной упаковке. Цилиндрическая форма идеально подходит для автомобильного подстаканника, а прилагаемый кабель подключается к источнику 12 В. Откройте крышку, и вы увидите две розетки, два USB-порта и дополнительный проход на 12 В. Мощности 200 Вт достаточно для работы более крупной электроники или, возможно, мини-холодильника для напитков. Другие функции включают в себя нажимаемую кнопку питания, внутренний охлаждающий вентилятор и предохранитель на 25 ампер, который принесет в жертву себя в случае чрезмерного энергопотребления. Единственный недостаток, который мы действительно видим в этом дизайне, — это то, что он может мешать приготовлению настоящих напитков.

• Удобная форма чашки
• Дополнительная розетка на 12 В

• Может загромождать центральную консоль

3

Безопасный монтаж

Инвертор Stanley 140 Вт Стэнли Walmart. ком

39,73 долл. США

Эта модель Stanley довольно упрощена: всего одна розетка переменного тока мощностью 140 Вт и два порта USB внизу. Что действительно отличает его, так это прилагаемый надежный монтажный кронштейн. Это позволяет пользователю легко разместить устройство в стороне от всех его рычагов и кнопок и не беспокоиться о том, что оно упадет на пол. Предостережение заключается в том, что в креплении используются два металлических винта, поэтому необходимо просверлить приборную панель, чтобы использовать его, как намеревается Стэнли.Для менее навязчивого метода двойная липкая лента может удерживать ее некоторое время.

Другие функции включают кнопку быстрого отсоединения монтажного кронштейна, кабель на 12 вольт длиной два фута и функцию автоматического отключения, которая предотвращает разряд аккумулятора автомобиля ниже рабочего диапазона.

• Прочный корпус с надежным креплением
• Автоматическое отключение

• Только одна розетка на 120 В
• Крепление требует сверления отверстий

4

Мощный и портативный

Инвертор мощности Duracell 800 Вт Duracell амазонка. ком

105,34 долл. США

Это устройство имеет емкость 800 Вт в простом черном ящике размером с ладонь и включает в себя две розетки, один USB, переключатель питания, вентилятор охлаждения и индикатор разряда батареи. Устройство также дает вам возможность либо подключиться к 12-вольтовой розетке, либо использовать прилагаемые кабели «крокодила», подключенные к клеммам батареи для обеспечения полной мощности.

Единственное неудобство, связанное с этой упаковкой, заключается в том, что нет реального решения для монтажа из коробки, кроме как просто разместить его на плоской поверхности.Пластиковый корпус может соскользнуть во время путешествия.

• Компактная конструкция
• Индикатор разряда батареи

5

Лучшее общее соотношение цены и качества

Инвертор мощности BESTEK 500 Вт

Эта установка Bestek немного короче, чем Duracell, и имеет более качественный алюминиевый корпус. Емкости 500 Вт хватит на две розетки на 120 В и два порта USB. Здесь также есть возможность подключения к розетке или батарее, с охлаждающим вентилятором и выключателем питания.

Что касается функций безопасности, то сзади есть два 40-амперных предохранителя, а в коробке есть пара запасных. На каждой стороне есть два металлических монтажных кронштейна, для установки которых может потребоваться разрушительное сверление.

• Прочный алюминиевый корпус
• Предохранители

• Не такая портативная, как другие модели этого размера

6

Товарный сорт

Инвертор DEWALT мощностью 1000 Вт DEWALT амазонка. ком

159,00 долл. США

11-фунтовый алюминиевый корпус оснащен двумя ручками для переноски и четырьмя монтажными кронштейнами. Он также достаточно низкопрофильный, чтобы довольно легко уложить его. Емкость в 1000 Вт может пригодиться любому, кому нужно работать с электроникой, пылесосом или некоторыми электроинструментами.

Зажимы для аккумулятора Direct необходимы, чтобы полностью раскрыть его потенциал. Более крупные двигатели, дизельные или гибридные двигатели с большей вероятностью будут иметь систему зарядки, достаточно мощную, чтобы фактически обеспечить мощность 1000 Вт, поэтому для двигателей с компактными бензиновыми автомобилями могут быть больше подходят более дешевые варианты.

В комплекте две стандартные розетки и три порта USB. ЖК-экран также показывает точное количество потребляемой энергии и уровень заряда аккумулятора, а внутренний выключатель и функция отключения при низком заряде аккумулятора обеспечивают безопасность.

• Переносимость
• Выключатель перегрузки
• ЖК-дисплей

7

Чистая синусоидальная мощность

Инвертор Magnum мощностью 1000 Вт с чистым синусом Магнум амазонка. ком

366,71 долл. США

Модели Magnum отличаются от большинства инверторов тем, что выдают «чистую синусоидальную» мощность. Чтобы объяснить, что это означает, нужно много сложных научных исследований, но на самом деле это даст вам результат, максимально приближенный к домашней электросети, и обеспечит выход без скачков мощности. Это обеспечивает эффективность и надежность сложной электроники и электроинструментов при длительной эксплуатации. Это обновление имеет свою цену, поскольку серия CSW более чем вдвое превышает цену многих сопоставимых инверторов.

На передней панели этой модели вы найдете две розетки с автоматическим выключателем в стиле ванной и только один USB. Также имеется монитор состояния аккумулятора, четыре скобы для винтового крепления и порт для дополнительного пульта дистанционного управления приборной панелью. Выходная мощность составляет 1000 Вт, при этом он может выдерживать нагрузки до 2000 короткими импульсами. Также доступны версии с большей емкостью.

• Чистый синусоидальный выход
• Дополнительный пульт ДУ

• Цена
• Только один порт USB

8

Industrial Power

Инвертор мощности Krieger 4000 Вт K KRIGER амазонка.ком 379,99 долл. США

19499 руб. (21%)

Устойчивая выходная мощность этой модели в 4000 Вт действительно подходит только для систем зарядки тяжелых грузовиков, жилых автофургонов или морских транспортных средств. Он также может выдерживать пиковую нагрузку до 8000 Вт в течение короткого периода времени.

Как и Magnum, он имеет вход для дистанционного управления и даже включает его в комплект. Однако у него нет чистой мощности синусоидальной волны, вместо этого используется более распространенная модифицированная конструкция синусоидальной волны.На передней панели есть две розетки и столько же USB-портов с еще одним ЖК-монитором батареи. Встроенная «умная микросхема» обеспечивает автоматическое отключение и защиту от перенапряжения.

Также в комплект входит установочный комплект с проводом для постоянной установки бокса в грузовике или кемпере. Также доступны модели с более низкой мощностью.

• Очень высокая производительность
• Комплект проводки

Коготь Гомер Тэлон Гомер — писатель и фотограф из Южной Каролины, который родился с любовью к автомобилям, играм и передовым технологиям.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Реклама — продолжить чтение ниже

Как работают инверторы постоянного / переменного тока

Инверторы

очень просты в установке. Большинство из них представляют собой устройства, работающие по принципу «включай и работай», особенно небольшие инверторы с малой мощностью.У этих инверторов есть кабель с вилкой, который вставляется в прикуриватель вашего автомобиля или грузовика. Они предназначены для портативных устройств, поэтому другого монтажа не требуется.

Если вы покупаете инвертор с более высокой мощностью, правильная установка становится более важной. При мощности ниже 400 Вт подключение прикуривателя все еще возможно, но при более высокой мощности требуется прямое подключение к батарее. Входные кабели инвертора имеют зажимы, которые можно прикрепить к клеммам аккумулятора, как набор соединительных кабелей.Если установка должна быть постоянной, кабели можно прикрепить к клеммам болтами. Сам инвертор можно установить где угодно, но он должен находиться в месте с хорошей циркуляцией воздуха. Инверторы выделяют изрядное количество тепла, и для предотвращения перегрева в них используются охлаждающие вентиляторы и теплоотводящие ребра. Более крупные и тяжелые инверторы имеют монтажные отверстия в шасси, поэтому их можно прикрепить болтами к любой поверхности. Очевидно, что при постоянной установке вы, вероятно, захотите прикрутить преобразователь на место, но это не является абсолютно необходимым.Можно просто поместить инвертор в надежное и устойчивое положение, закрепить провода на батарее и подключить.

А как же инвертор вообще выглядит? Что ж, самые маленькие инверторы поместятся в вашем кармане, в то время как модели с более высокой мощностью примерно соответствуют размеру и весу большого словаря. Общее правило: чем выше мощность, тем больше и тяжелее инвертор. В верхней части шкалы мощности инвертора указано, что некоторые инверторы могут быть более двух футов в длину и весить более 30 фунтов.

Современные инверторы имеют некоторые встроенные функции безопасности, которые делают их еще проще в использовании. Некоторые модели подают сигнал тревоги, когда напряжение батареи становится слишком низким. Это больше для удобства, но в зависимости от того, какое оборудование вы используете, это также может быть ценным средством безопасности. Инверторы обычно также имеют возможность автоматического отключения. Если устройство обнаруживает перегрузку по току или ситуацию перегрева, оно отключается, чтобы уменьшить или предотвратить вероятность возгорания. Инверторы также могут отключиться в случае короткого замыкания, например, при падении металлического предмета на корпус или намокании инвертора.Отключение при коротком замыкании — эффективный способ предотвратить поражение электрическим током.

Так сколько же все это будет стоить, спросите вы? Вы можете купить модифицированный синусоидальный инвертор, рассчитанный на непрерывную мощность 200 Вт, примерно за 25 долларов, а цена модифицированного синусоидального инвертора на 6000 ватт может приближаться к 1000 долларов.