Принцип работы инвертора напряжения

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

Эта технология применяется в различных сферах. Преобразователи работают как автономно, так и в составе сложных систем, предназначенных для обеспечения электрической энергией различных объектов. Востребованность инверторов связана с развитием технологий и появлением риска потери ценных данных и остановки оборудования при отключении питания.
В этой статье мы рассмотрим принцип работы инвертора напряжения с чистым синусом и отметим преимущества данной технологии. Вы узнаете об отличительных особенностях эксплуатации преобразователей от ведущих производителей.

Как работает инвертор напряжения с «чистым синусом»

Принцип работы такого инвертора напряжения выглядит следующим образом.

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

2. На мостовом ИН происходит преобразование постоянного напряжения в переменное. Его форма приближена к синусоидальной. Нужные характеристики достигаются за счет применения специального принципа управления транзисторами (многократной широтно-импульсной коммутации).
Принцип этой технологии заключается в следующем. На интервале каждого полупериода соответствующая пара транзисторов мостового ИН многократно коммутируется на высокой частоте. Длительность подачи импульсов варьируется по синусоидальному закону.

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

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

Преимущества применения инверторов с «чистым синусом»

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

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

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

Особенности оборудования ведущих производителей

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

Работа инверторов обеспечивает резервное электроснабжение:

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

Инверторные установки Victron Energy имеют ряд преимуществ:

• Надежность. Концерны применяют передовые технологии в процессе производства оборудования. Инверторы устойчивы к двукратным перегрузкам.
• Долговечность. Техника служит десятки лет.
• Простота введения в эксплуатацию. Подключение агрегатов происходит без каких-либо проблем.
• Удобство. Инверторы запускаются в автоматическом режиме. Работа не сопровождается образованием выхлопных газов. Устройства практически бесшумны.
• Большой набор полезных функций. При необходимости вы сможете добавить мощность к сети или генератору или подключить инверторы к альтернативным источникам энергии.

 

1 декабря 2016

---

Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

• Инвертирующие.
• Повышающие.
• Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

• Ключевой коммутирующий элемент.
• Источник питания.
• Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
• Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
• Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

Устройство трансформатора включает следующие элементы:

• Магнитопровод.
• Первичная и вторичная обмотка.
• Каркас для обмоток.
• Изоляция.
• Система охлаждения.
• Другие элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Существуют и другие виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

• Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
• Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
• В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
• Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
• Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
• В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

Виды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока:

• Регуляторы напряжения.
• Преобразователи уровня напряжения.
• Линейный стабилизатор напряжения.

Преобразователи переменного тока в постоянный:

• Импульсные стабилизаторы напряжения.
• Блоки питания.
• Выпрямители.

Преобразователи постоянного тока в переменный:

Преобразователи переменного напряжения:

• Трансформаторы переменной частоты.
• Преобразователи частоты и формы напряжения.
• Регуляторы напряжения.
• Преобразователи напряжения.
• Трансформаторы разного рода.

Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:

• На пьезоэлектрических трансформаторах.
• Автогенераторные.
• Трансформаторные с импульсным возбуждением.
• Импульсные источники питания.
• Импульсные преобразователи.
• Мультиплексорные.
• С коммутируемыми конденсаторами.
• Бестрансформаторные конденсаторные.

Особенности

• При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
• Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
• По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Применение

• Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6—24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
• Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
• Для питания различных цепей;

— автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
— радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

• Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
• Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.

Достоинства и недостатки

К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:

• Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
• Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
• Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
• Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
• Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
• Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
• Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.

К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:

• Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
• Занимают некоторое место.
• Сравнительно высокая цена.

Похожие темы:

Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

В этой статье рассматриваются электросхемы преобразователей напряжения, назначение и принцип работы оборудования. Также здесь объясняется, какие бывают устройства, даются рекомендации по их выбору, указываются ключевые характеристики.

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Они также называются DC/DC‑конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

В категорию DC/DC‑конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания. К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС‑преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)

AC/DC‑преобразователи применяются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электросетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко применяются в промышленной автоматизации, изготовлении источников питания, телекоммуникациях, на транспорте, в гальванике, энергосиловых установках, сварочных аппаратах. В зависимости от используемых силовых ключей, выпрямители бывают:

1. Тиристорными. Они состоят, как правило, из таких основных компонентов:

• трансформатор. Необходим для понижения/повышения напряжения, а также гальванической развязки выпрямителя от электросети;
• тиристорный мост (вентильная группа). Предназначен для преобразования переменного электротока в постоянный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний напряжения на входе;
• блок управления вентильной группой;
• емкостной, индуктивный или комбинированный фильтр (LC-фильтр). Предназначен для сглаживания пульсаций выходных параметров.

2. Транзисторными. В состав таких выпрямителей входят следующие элементы:

• входной LC-фильтр. Необходим для защиты питающей сети от помех, создаваемых выпрямителем;
• диодный мост;
• ВЧ-преобразователь. Предназначен для преобразования постоянного тока в высокочастотный импульсный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний входного напряжения;
• ВЧ-трансформатор. Предназначен для понижения/повышения напряжения импульсного тока;
• диодный или транзисторный выпрямительный мост. Предназначен для преобразования высокочастотного импульсного тока в постоянный;
• блок управления;
• выходной LC-фильтр.

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называют DC/AC‑инверторами. Они могут применяться как отдельная аппаратура или входить в состав источников бесперебойного питания и систем преобразования электроэнергии. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электросхеме обеспечивает изменение направление движения тока и получение синусоиды.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и какую топологию формирования синусоидального сигнала он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сквозной нейтралью. Она отличается минимальным количеством силовых транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам относится необходимость применения двухполярного источника электропитания, удвоенное число высоковольтных конденсаторов. Этот вариант используют обычно для не очень мощных нагрузок (0,5-1 кВт).

Мостовая топология. Наиболее распространенная схема в силовых преобразователях. Характеризуется повышенной надежностью, не требует большой входной емкости, обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относится повышенная сложность драйверов и увеличенное число транзисторов.

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения

Важнейшие характеристики инвертора:

• частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;
• номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;
• максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;
• значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

1. Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
2. Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
3. Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60…0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

Заключение

В статье были рассмотрены основные разновидности преобразователей напряжения, особенности их работы и сферы применения. Также были приведены типовые электросхемы преобразователей напряжения и описаны критерии выбора DC/AC инверторов.

Преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт: назначение, принцип работы, виды

Преобразователь напряжения с 12 на 220 В используют там, где есть необходимость подключения электрических устройств, потребляющих стандартный сетевой ток, к источнику переменного напряжения. Во многих случаях эта сеть бывает недоступна. Применение автономного бензинового генератора требует соблюдения правил его обслуживания: постоянный контроль за уровнем рабочего топлива, обеспечение вентиляции. Применение преобразователей в комплекте с автомобильными аккумуляторными батареями позволяет решить задачу оптимальным способом.

Назначение и принцип работы

Что такое преобразователь напряжения. Так называют электронный прибор, изменяющий величину входного сигнала. Он может использоваться в качестве устройства, повышающего или понижающего его значение. Входное напряжение после преобразования может изменить как свою величину, так и частоту. Такие устройства, изменяющие постоянное напряжение (преобразовывающие его) в выходной сигнал переменного тока, получили название инверторов.

Преобразователи напряжения находят применение как в виде автономного устройства, питающего потребителей энергией переменного тока, так и могут входить в состав других изделий: систем и источников бесперебойного питания, устройств повышения постоянного напряжения до необходимой величины.

Инверторы представляют собой генераторы напряжения гармонических колебаний. Источнику постоянного тока с помощью специальной схемы управления создается режим периодического переключения полярности. В результате на выходных контактах устройства, к которым подключена нагрузка, формируется сигнал переменного напряжения. Его величину (амплитуду) и частоту определяют элементы схемы преобразователя.

Управляющее устройство (контроллер) задает частоту переключения источника и форму выходного сигнала, а его амплитуду определяют элементы выходного каскада схемы. Они рассчитаны на максимальную мощность, которую потребляет нагрузка в цепи переменного тока.

Контроллер используется и для регулирования величины выходного сигнала, которое достигается управлением длительностью импульсов (увеличение или уменьшение их ширины). Информация об изменениях величины выходного сигнала на нагрузке поступает в контроллер по цепи обратной связи, на основании которой в нем формируется управляющий сигнал на сохранение необходимых параметров. Этот метод называется ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) сигналов.

В схемах силовых выходных ключей преобразователя напряжения 12В могут использоваться мощные составные биполярные транзисторы, полупроводниковые тиристоры, полевые транзисторы. Схемы контроллеров выполняются на микросхемах, представляющих собой уже готовые к работе устройства с необходимыми функциями (микроконтроллеры), специально разработанных для таких преобразователей.

Схема управления обеспечивает последовательность работы ключей для обеспечения на выходе инвертора сигнала, необходимого для нормальной работы устройств потребителя. Кроме того, управляющая схема должна обеспечивать симметрию полуволн выходного напряжения. Это особенно важно для схем, в которых на выходе используются повышающие импульсные трансформаторы. Для них недопустимо появление постоянной составляющей напряжения, которая может появиться при нарушении симметрии.

Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:

• ИН бестрансформаторный мостовой;
• трансформаторный ИН с нулевым проводом;
• мостовая схема с трансформатором.

Каждая из них находит применение в своей области в зависимости от примененного в нем источника питания и требуемой выходной мощности для питания потребителей. В каждой из них должны быть предусмотрены элементы защиты и сигнализации.

Защита от понижения и повышения напряжения источника постоянного тока определяет диапазон работы инверторов «по входу». Защита от повышенного и пониженного выходного переменного напряжения необходима для нормальной работы оборудования потребителя. Диапазон срабатывания устанавливается в соответствии с требованиями используемой нагрузки. Эти виды защиты обратимые, то есть при восстановлении параметров оборудования до нормы работа может быть восстановлена.

При срабатывании защиты вследствие короткого замыкания в нагрузке или чрезмерного возрастания выходного тока перед тем, как продолжить эксплуатацию оборудования, необходим тщательный анализ причин этого события.

Преобразователь 12В является наиболее приемлемым для создания локальной электросети. Наличие большого количества автомобилей и аккумуляторных батарей 12В постоянного тока позволяет их использовать для обеспечения запросов пользователей. Такие сети можно создавать в самых различных местах, начиная от собственного авто. Они мобильны и не зависят от места стоянки.

Разновидности преобразователей с 12 на 220 вольт

Простые преобразователи с 12 на 220 рассчитаны на небольшую мощность потребителей. Требования к качеству выходного питающего напряжения и к форме сигнала невысоки. Классические их схемы не используют микроконтроллеры ШИМ. Мультивибратор, собранный на логических элементах И-НЕ, формирует электрические импульсы частотой следования 100 Гц. Для создания противофазного сигнала используется D-триггер. Он делит частоту задающего генератора на 2. Противофазный сигнал в виде прямоугольных импульсов образуется на прямом и инверсном выходах триггера.

Этот сигнал через буферные элементы на логических элементах НЕ управляет выходной схемой преобразователя, построенной на ключевых транзисторах. Их мощность определяет выходную мощность инверторов.

Транзисторы могут быть составными биполярными и полевыми. В стоковые или коллекторные цепи включены половины первичной обмотки трансформатора. Его вторичная обмотка рассчитана на выходное напряжение 220 В. Так как триггер разделил частоту 100 Гц мультивибратора на 2, то частота выходного сигнала окажется 50 Гц. Такое ее значение необходимо для питания подавляющего количества бытового электро- и радиооборудования.

Все элементы схемы получают питание от аккумуляторной батареи автомобиля, используя дополнительные элементы стабилизации и защиты от высокочастотных помех. От них защищен и сам аккумулятор.

В схемах простых преобразователей не предусмотрены элементы защиты и автоматического регулирования. Частота выходного сигнала определяется выбором емкости конденсатора и сопротивления резистора, входящих в схему задающего генератора. В качестве простейшей защиты от короткого замыкания в нагрузке применяется плавкий предохранитель в цепи питающего схему автомобильного аккумулятора. Поэтому всегда необходимо иметь запасной комплект плавких вставок.

Более мощные современные преобразователи постоянного тока в переменный выполняются по другим схемам. ШИМ-контроллер задает режим работы. Он же определяет амплитуду и частоту выходного сигнала.

2000 Вт схема преобразователя (12 В+220 В+2000 Вт) для получения требуемой выходной мощности в своих выходных каскадах использует параллельное соединение силовых активных элементов. При такой схемотехнике токи транзисторов суммируются.

Но более надежным способом увеличения параметра мощности является объединение нескольких преобразователей DC/DC (постоянный ток/постоянный ток) в качестве входного сигнала общего инвертора DC/AC (постоянный ток/переменный ток), выход которого используется для подключения мощной нагрузки. Каждый из преобразователей DC/DC состоит из инвертора с трансформаторным выходом и выпрямителя этого напряжения. На выходных зажимах присутствует постоянное напряжение около 300 В. Все они по выходу соединены параллельно.

Получить от одного инвертора мощность более 600 Вт сложно. Вся схема устройства питается напряжением аккумуляторной батареи.

Такие схемы обеспечены всеми видами защиты, включая термозащиту. Температурные датчики крепятся на поверхности радиаторов выходных транзисторов. Они вырабатывают напряжение, зависящее от степени нагрева. Пороговое устройство сравнивает его с заданным на этапе проектирования и выдает сигнал на прекращение работы устройства с соответствующей сигнализацией. Каждый вид защиты снабжен своим сигнальным устройством, часто звуковым.

Применяется и дополнительное принудительное охлаждение при помощи установленного в корпусе воздушного кулера, который автоматически вступает в работу по команде соответствующего теплового датчика. Кроме того, корпус сам является надежным теплоотводом, так как выполнен из рифленого металла.

По форме сигнала выходного напряжения

Однофазные преобразователи напряжения можно разделить на две группы:

• с чистой синусоидой на выходе;
• с модифицированной синусоидой.

В инверторах первой группы высокочастотный преобразователь создает постоянное напряжение. Его величина по своему значению близка к амплитуде синусоидального сигнала, который требуется получить на выходе устройства. В мостовой схеме из этого постоянного напряжения путем широтно-импульсной модуляции контроллера и низкочастотного фильтра выделяется составляющая, по форме сильно приближающаяся к синусоиде. Выходные транзисторы открываются несколько раз в каждом полупериоде на время, изменяющееся по гармоническому закону.

Чистая синусоида необходима для устройств, на входе которых есть трансформатор или электродвигатель. Основная часть современных устройств допускает питание напряжением, форма которого приближенно напоминает синусоиду. Особенно низкие требования предъявляют изделия с импульсными блоками питания.

Трансформаторные устройства

Преобразователи напряжения могут содержать трансформаторы. В схемах инверторов они участвуют в работе задающих блокинг-генераторов, вырабатывающих импульсы, по форме приближающиеся к прямоугольным. В составе такого генератора используется импульсный трансформатор. Его обмотки включены так, чтобы создать положительную обратную связь, приводящую к созданию незатухающих колебаний.

Магнитопровод (сердечник) изготавливают из сплава, обладающего высокой пропускной способностью магнитного поля. Благодаря этому трансформатор работает в ненасыщенном режиме. Различные виды ферритов, пермаллой обладают этими свойствами.

На смену трансформаторным блокинг-генераторам пришли мультивибраторы. Они используют современную элементную базу и имеют более высокую, по сравнению с предшественниками, стабильность частоты. Кроме того, в схемах мультивибраторов изменение рабочей частоты генератора достигается простым способом.

В современных моделях инверторов трансформаторы работают в выходных каскадах. Через вывод от средней точки первичной обмотки к коллекторам или стокам использующихся в них транзисторов подводится напряжение питания от аккумулятора. Вторичные обмотки рассчитываются, используя коэффициент трансформации, на величину переменного напряжения 220 В. Такое его значение используется для питания большинства отечественных потребителей.

31.Принцип действия однофазного мостового инвертора напряжения.

Рисунок 36.1 Схема однофазного полумостового инвертора

со средней точкой источника питания

Для работы данной схемы необходимо иметь источник питания со средней точкой, которая образуется за счет включения на входе инвертора двух емкостей C_Ф1иC_Ф2. Транзисторы в данной схеме работают попарно в противофазе с одинаковой длительностью закрытого и открытого состояния.

При активной нагрузке ток и напряжение имеют одну и ту же форму (прямоугольных двухполярных импульсов). К нагрузке на каждом полупериоде прикладывается напряжение .

Рисунок 36.2 Временные диаграммы работы схемы на R—L нагрузку

При наличии индуктивности форма тока становится апериодической. В момент времени θ₁ открывается транзисторVT1и ток нагрузки протекает от источника питания по цепи+U_П – VT1 – RL – ноль источника питания. При этом к нагрузке прикладывается напряжение, а к транзисторуVT2в прямом и диодуVD2в обратном направлении напряжениеU_П. В момент времениθ₂транзисторVT1закрывается и должен открыться транзисторVT2, но из-за действия э.д.с самоиндукции изменившей свой знак и стремящейся поддержать ток в цепи нагрузки откроется диодVD2и ток продолжает протекать в том же направленииVD2–RL– ноль источника питания –+C_Ф2–—U_П–VD2. При этом ток в цепи нагрузки уменьшается, а ток в цепи источника питанияпоменял свой знак, то есть на интервалеθ₂<θ<θ₃ток по нагрузке протекает под действием ЭДС самоиндукции и происходит возврат энергии вC_Ф2.

В момент времени θ₃ток в нагрузке становится равным нулю, диодVD2закрывается, открывается транзисторVT2и ток начинает протекать по цепиVT2 – —U_П – C_Ф2– ноль источника питания –RL–VT2.

Действующее значение ЭДС в нагрузке равно .

Недостатки схемы: необходимость источника питания со средней точкой (двух емкостей) и к ключам прикладывается двойное напряжение.

32.Принцип действия трехфазного автономного инвертора напряжения с углом проводимости =180°. Нагрузка активная, соединение-звезда.

Рисунок 39.1 Схема трехфазного мостового АИН

При λ=180⁰алгоритм переключения ключей АИН имеет следующий вид:

Рисунок 39.2 Алгоритм переключения ключей инвертора при λ=180⁰

Выполнение данного алгоритма позволяет получить на нагрузке кривую 3-х фазного симметричного несинусоидального переменного напряжения.

Из алгоритма переключения ключей инвертора следует, что в 3-хфазном мостовом АИН при λ=180⁰за периодТвыходного напряжения инвертора возможны шесть независимых сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов. При этом, в каждый момент времени открывающие импульсы подаются одновременно на три транзистора (ключа). Ток, втекающий черезVT1,VT3иVT5– положительный. 1.

На данном интервале открыты VT1,VT6,VT5. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.3 Схема замещения при

Таким образом, считая, что

; 2.

На данном интервале открыты VT1,VT6,VT2. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.4 Схема замещения при

; 3.

На данном интервале открыты VT1,VT2,VT3. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.5 Схема замещения при

; 4.

На данном интервале открыты VT4,VT3,VT2. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.6 Схема замещения при

5.

На данном интервале открыты VT5,VT3,VT4. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.7 Схема замещения при

; 6.

На данном интервале открыты VT4,VT6,VT5. Схема замещения следующая:

Рисунок 39.8 Схема замещения при

Рисунок 39.9 Временные диаграммы работы 3-х фазного

мостового АИН при λ=180⁰

Из схем замещения видно , что за период выходного напряжения каждая фаза нагрузки включается либо параллельно другой фазе и последовательно с третьей , либо последовательно с двумя другими фазами, включенными параллельно. Поэтому, к каждой фазе прикладывается напряжение либо Uп/3(-Uп/3), либо 2/3Uп(-2/3Uп).

Фазное напряжение на нагрузке двухполярное шестиступенчатое. При активной нагрузке кривая тока повторяет кривую напряжения.

Трехфазный мостовой АИН λ=180⁰, соединение нагрузки в треугольник (Δ)

При соединении активной нагрузки в Δ возможны также шесть сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов.

Рисунок 39.10 Схемы замещений

1. : открытыVT1,VT6, VT5;

2. : открытыVT1,VT2, VT6;

3. : открытыVT1,VT3, VT2.

При соединении активной нагрузки в треугольник, возможны также 6 сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов.

Действующее значение фазного напряжения

При R-Lнагрузке форма напряжения не изменяется. В выходном напряжении трехфазного АИН при λ=180⁰отсутствуют четные гармоники и гармоники, кратные трем, а присутствуют: 1, 5, 7, 11…

При соединении нагрузки в звезду фазное напряжение на нагрузке имеет следующий гармонический вид:

, где– круговая частота 1-ой гармонической выходного напряжения.

Рисунок 39.11 Фазные напряжения нагрузки при соединении нагрузки треугольником, λ=180⁰

33.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =180°. Нагрузка активно-индуктивная, 0°< <60°, соединение- звезда.

При активно-индуктивной нагрузке ток отстаёт от напряжения. При этом изменяется конфигурация эквивалентных схем замещения инвертора и в работу вступают возвратные диоды. Но это не приводит к изменению формы напряжения на нагрузке, т.к. в каждый момент времени в схеме остаются включенными три полупроводниковых вентиля.

Конфигурация эквивалентных схем зависит от угла φ(угол сдвига тока относительно напряжения).

Рисунок 40.1 Временные диаграммы работы трехфазного мостового АИН

с λ=180⁰ при 0º<φ<60º

В момент времени θ=0отключаетсяVT4и подаётся открывающий импульс наVT1.Однако из-за действия ЭДС самоиндукциифазы А, изменившей свой знак в момент времениθ=π, открывается диодVD1и токфазы Апротекает по цепифаза А – VD1 – VT5 – фаза С – фаза А. Т.е. на интервале0<θ<φпроисходит обмен реактивной энергией междуфазами А и С. При этом подключение фаз к источнику питания остаётся аналогичным, как и при активной нагрузке. Поэтому форма напряжения на нагрузке не изменяется. В момент времениθ=φ, токIстановится равным нулю,VD1закрывается, открываетсяVT1. Таким образом, приφ<60ºвозврата энергии в источник питания не происходит (о чем свидетельствует однополярная форма токаi_П), а на отдельных интервалах происходит обмен реактивной энергией между фазами. Такие же процессы происходят и в других фазах

34.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =180°. Нагрузка активно-индуктивная, 60°<<120⁰, соединение- звезда.

Рисунок 41.1 Временные диаграммы работы трехфазного мостового АИН

с λ=180⁰ при 60º<φ<120º

На интервале времени 0<θ<π/3открытыVT5,VT6иVD1.

Рисунок 41.2 Эквивалентная схема замещения трехфазного мостового АИН

на интервале 0<θ<π/3

На этом интервале происходит обмен реактивной энергией между фазами А и С. В момент времениθ=π/3закрываетсяVT5и должен открытьсяVT2, но из-за действия ЭДС самоиндукциифазы С, открываетсяVD2.На интерваеπ/3<θ<φVT1 ещё не открылся, а открытыVD1,VT6иVD2(открывается под действием ЭДС самоиндукциифазы С) и часть энергии, запасённой в полях

индуктивностей фаз А и Свозвращается в источник питания, а часть рассеивается в активных сопротивленияхфаз А и С.

Рисунок 41.3 Эквивалентная схема замещения трехфазного мостового АИН

на интервале π/3<θ<φ

Энергия фазы ВчерезVT6,VD2ифазу Срассеивается в активных сопротивленияхфаз СиВ. На этом интервале токi_Пменяет свой знак.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. при φ<60ºвозврата энергии в источник питания не происходит (о чем свидетельствует однополярная форма токаi_П), а на отдельных интервалах происходит обмен реактивной энергией между фазами.

2. при φ>60ºчасть энергии, запасённой в полях индуктивностейфаз, возвращается в источник питания, а часть рассеивается в активных сопротивленияхфаз .

Рисунок 47.2 Временные диаграммы работы инвертора при φ<π/3 и φ>π/3

35.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =120°. Нагрузка активная, соединение- звезда.

Рисунок 42.1 Схема трехфазного АИН

Алгоритм переключения ключей инвертора при λ=120⁰выглядит следующим образом:

Рисунок 42.2 Алгоритм переключения ключей АИН при λ=120⁰

Как видно из алгоритма переключения ключей инвертора при λ=120⁰в схеме в каждый момент времени открывающие импульсы одновременно подаются лишь на два тиристора. При этом фазы нагрузки соединены между собой последовательно, а одна из них отключена (U_ф=0). Следовательно, к соответствующим работающим фазам прикладывается напряжениеU_ф=± U_П /2.За периодТвыходного напряжения возможны 6 независимых сочетаний открытых и закрытых состояний вентилей.

1. ;

2. ;

3. ;

4. ;

5. ;

6. .

Рисунок 42.3 Схемы замещения АИН при λ=120⁰ для различных

временных интервалов

Таким образом, фазы подключены между собой последовательно, т.е. к ним прикладываются напряжения ± U_П /2.

Вид фазных напряжений показан на рисунке 42.4.

Рисунок 42.4 Фазные напряжения АИН при λ=120⁰ и активной нагрузке

36.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =150°. Нагрузка активная, соединение- звезда.

Рисунок 44.1 Схема трехфазного мостового АИН

При λ=150⁰алгоритм переключения ключей инвертора следующий:

Рисунок 44.2 Алгоритм переключения ключей инвертора

Выполнение данного алгоритма позволяет получить на нагрузке кривую трехфазного симметричного несинусоидального переменного напряжения.

Из алгоритма переключения инвертора следует, что в трехфазном мостовом АИН при λ=120⁰за периодТвыходного напряжения инвертора имеется 12 независимых сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов. При этом , в каждый момент времени открыты либо три, либо два ключа.1.На данном интервале открытыVT1,VT6,VT5. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.3 Схема замещения при 0º<φ<30º

2.На данном интервале открытыVT1иVT6. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.4 Схема замещения при 30º<φ<60º

3.

На данном интервале открыты VT1,VT2,VT6. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.5 Схема замещения при 60º<φ<90º

4.

На данном интервале открыты VT1иVT2. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.6 Схема замещения при 90º<φ<120º

5. На данном интервале открытыVT1,VT3,VT2. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.7 Схема замещения при 120º<φ<150º

6. На данном интервале открытыVT3иVT2. Схема замещения следующая :

Рисунок 44.8 Схема замещения при 150º<φ<180º

Рисунок 44.9 Напряжение фазы А трехфазного мостового АИН

при λ=150⁰ и активной нагрузке

Из схем замещения инвертора видно, что к каждой фазе нагрузки за

период Твыходного напряжения прикладываются напряжения:

Конструкция высоковольтного инвертора

Наряду с более широким применением технологии ШИМ, используемой в инвертирующих и инверсных частотных полях, а также быстрым развитием IGBT, MOSFET и других устройств переключения мощности такого ШИМ-управления высоковольтным источником питания в сторону миниатюризации , высокая частота, интеллектуальное, высокоэффективное направление.
Для этого силового инвертора используется ШИМ-контроллер IC SG3525A в импульсном режиме напряжения, подвеска высокого давления и привод IR2110, высокочастотный инвертор с модулем модуля IGBT устройства переключения мощности.Кроме того, технология управления MCU для управления этой мощностью, так что вся система проста, и реализация цифровых интеллектуальных систем.

Характеристики и структура SG3525A
SG3525A — это интегрированный ШИМ-контроллер напряжения. Он имеет преимущества меньшего количества внешних компонентов, хорошей производительности, включая всю необходимую схему управления импульсным стабилизатором. Ключевые особенности включают в себя: внешнюю синхронизацию, функцию плавного пуска, регулировку мертвой зоны, блокировку пониженного напряжения и закрытие выходного сигнала возбуждения усилителя ошибки и другие функции; двухтактная структура схемы выходного каскада, скорость выключения, выходной ток ± 400 мА; Это обеспечивает точность 5V ± 1% опорного напряжения; Диапазон частот переключения 100 Гц ~ 400 кГц.
Его внутренняя структура включает источник опорного напряжения, пониженного напряжения цепи блокировки, пилообразный генератор, усилитель сигнала ошибки, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 / SG3525A внутренний блок-схема и функции контактов

Характеристики и структура IR2110
IR2110 использует процесс производства HVIC и защелки, а также интегрирует DIP, SOIC. К основным особенностям относятся: напряжение цепи начальной загрузки канала подвески до 500В; диапазон напряжения привода затвора силового устройства 10В ~ 20В; пиковый выходной ток 2А; диапазон питания логики 5 В ~ 20 В, а логическая земля и источник питания допускают смещение 5 В; COMS Schmitt входы с понижающим резистором, вы можете легко и LSTTL и согласование уровня CMOS; разделить низкие и высокие входные каналы с напряжением и заблокировать функцию двух каналов; согласующая двухканальная задержка 10 нс; задержка выключения небольшая, составляла 120 нс и 90 нс; рабочая частота 500кГц.
Его внутренняя структура включает преобразование входного логического уровня и защиту выхода, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 / Внутренняя блок-схема IR2110 и функции контактов

Принципы проектирования
Принцип начальной загрузки драйвера верхнего плеча
Схема управления полумостом IR2110 показана на рисунке 3. На рисунке C1, VD1 были конденсатором начальной загрузки и диодом, а C2 — конденсатором фильтра VCC. Во время отключения, предполагаемого S1, C1 был заряжен до достаточного напряжения VC1≈VCC.Когда HIN высокий, VM1 открывается, VM2 выключен, VC1 применяется к S1 между затвором и эмиттером, C1 через VM1, емкость затвора Rg1 и S1 разряжается, Cgc1 заряжается. В этот момент VC1 эквивалентен источнику напряжения. Когда HIN низкий, VM2 открыта, VM1 выключена, затвор S1 заряжается Rg1, быстрое освобождение VM2, S1 выключен. После короткого времени простоя (td) на LIN высокий уровень, S2 открыт, VCC через VD1, S2 для зарядки C1 и C1 быстро восполнят энергию. Итак, цикл повторился.

Рисунок 3 / Схема начальной загрузки драйвера полумоста
Разработка компонентов начальной загрузки
Диод начальной загрузки (VD1) и конденсатор (C1) — это строгий выбор, и проектные потребности IR2110 в прикладных компонентах ШИМ должны быть отрегулированы так, чтобы схема в соответствии с определенными правилами находилась в наилучшем состоянии.
В то же время при выборе размера конденсатора начальной загрузки следует учитывать наиболее широкую тонну включения (макс.) И наименьшую тонну включения (мин) подвесного драйвера. Время проводимости не должно быть слишком большим, чтобы влиять на характеристики управления при более узкой ширине импульса, и не должно быть слишком низким, чтобы повлиять на требования импульсного возбуждения. По рабочей частоте силовых устройств подбирается скорость переключения, характеристика времени включения затвора, ее оценивают при отладке.
VD1 в основном используется для блокировки магистрали HVDC, которая должна выдерживать текущий заряд затвора и частоту переключения продукта.Для уменьшения потерь заряда следует выбирать ток обратной утечки диода.

Главная цепь SG3525A с использованием высокочастотного инвертора, составляющая IR2110
Основная цепь высокочастотного инвертора показана на рисунке 4. Высоковольтный полномостовой инвертор приводит в движение компоненты маршрутизации. Выключатель питания Q1 ~ Q4 Силовые модули IGBT. Постоянное напряжение V1 главной цепи инвертора преобразуется в высокочастотное переменное напряжение прямоугольной формы, подаваемое на высоковольтный трансформатор T1 с частотой 20 кГц после повышающего выпрямителя для подачи питания на нагрузку.Контролируя рабочий цикл схемы PWM1 и PWM2, ширина импульса регулируется для получения прямоугольного переменного напряжения. Входное напряжение датчика высокого напряжения VF возвращается в систему управления.

Рисунок 4 / Главная цепь инвертора высокого напряжения
Система управления SCM
На рисунке 5 показана полная блок-схема системы питания высоковольтного инвертора, которая состоит из двух частей: главной цепи и цепи управления. Основная схема включает в себя инверторный источник питания постоянного тока, мостовой инвертор IGBT, схемы защиты, высокочастотные высоковольтные трансформаторы, высокочастотный высоковольтный кремниевый стек (выпрямитель) и т.п.Схема управления включает в себя блок выборки и обработки тока, напряжения, генерацию сигнала ШИМ и схему драйвера, микроконтроллер, клавиатуру и ввод параметров ЖК-дисплея, часть интерфейса связи. Чтобы лучше решить систему помех, изоляцию, электромагнитную совместимость и другие вопросы, в секции управления и главной цепи полностью изолирована оптопара.
Эта аппаратная система объединяет программное обеспечение и делает всю систему полноценным пользовательским интерфейсом и интеллектуальными функциями, такими как самодиагностика.

Рисунок 5 / Система управления инвертором SCM

Эпилог
С помощью микросхемы управления PWM и драйвера высокого напряжения IR2110 SG3525A, состоящего из преобразователя частоты, небольшого размера, простого в управлении, эффективности использования энергии. Эта система теперь используется в медицинском оборудовании с высокочастотным питанием.

.

Оптимальная конструкция контроллера тока для инвертора, подключенного к сети, для повышения качества электроэнергии и тестирования коммерческих фотоэлектрических инверторов

Инверторы, подключенные к сети, играют решающую роль в выработке энергии, подаваемой в сеть. Фильтр обычно используется для подавления гармоник частоты коммутации, создаваемых инвертором, он является пассивным, а также L- или LCL-фильтром. Последний имеет меньшие размеры по сравнению с L-фильтром. Но выбрать оптимальные значения LCL-фильтра сложно из-за резонанса, который может повлиять на стабильность.В этой статье представлена ​​простая конструкция инверторного контроллера с L-фильтром. Топология управления проста и легко применяется с использованием традиционной теории управления. Анализ быстрого преобразования Фурье используется для сравнения различных топологий управления инверторами, подключенными к сети. Смоделированный инвертор, подключенный к сети с предлагаемым контроллером, соответствует стандарту IEEE-1547, и полное гармоническое искажение выходного тока смоделированного инвертора составило всего 0,25% с улучшенной формой выходного сигнала. Затем представлена ​​экспериментальная работа над коммерческим фотоэлектрическим инвертором, включая влияние сильного и слабого подключения к сети.Представлено влияние инвертора на резистивную нагрузку, подключенную в точке общей связи. Результаты показывают, что напряжение и ток резистивной нагрузки при отключении сети увеличиваются, что может вызвать отказ или повреждение подключаемых устройств.

1. Введение

Понимание требований правил сети очень важно для инвертора, подключенного к сети. Инвертор, подключенный к сети, — это солнечная система, которая работает параллельно с сетью [1]. Электроэнергия, вырабатываемая фотоэлектрическими панелями, может быть экспортирована в сеть или использована местной нагрузкой.Хранение, использующее, например, батареи, не включено, что дает очевидные преимущества по стоимости по сравнению с автономными установками с возобновляемыми источниками энергии. Фотоэлектрическая генерация становится все более распространенной. По мнению авторов [1, 2], солнечная фотоэлектрическая система является третьей по важности возобновляемой энергией после гидро- и ветровой энергии. В 2011 году мировые фотоэлектрические мощности составляли примерно 70 ГВт. Европа является крупнейшим производителем фотоэлектрической энергии с мощностью 51 ГВт, за ней следуют Япония (5 ГВт), а затем США (4,4 ГВт), Китай (3,1 ГВт), Австралия (1.3 ГВт) и Индии (0,466 ГВт) [1, 2]. Фотоэлектрическая генерация была внедрена во многих развивающихся странах. Эти регионы имеют большой пояс и могут иметь установленную мощность 1100 ГВт к 2030 году [3]. По мере увеличения мощности фотоэлектрической генерации потребуются руководящие принципы или стандарты для регулирования импорта и экспорта электроэнергии в сеть и из нее, и их важность будет возрастать. Многие организации имеют дело с фотоэлектрическими кодами и стандартами безопасности, такими как стандарт Института электротехники и электроники (IEEE-1547) и стандарт Международной электротехнической комиссии (IEC-61727).В этой статье инвертор, подключенный к сети, используется для подключения солнечных панелей к сети. Другими словами, инверторы образуют решающее звено в системах возобновляемой энергии между генерирующими компонентами, такими как ветряные турбины, солнечные фотоэлектрические установки и остальной частью сети. Топологии полного моста постоянного / переменного тока обычно используются в инверторах, подключенных к сети, с высокой частотой переключения (например, 15000 Гц). Однако гармоники, генерируемые высокой частотой коммутации, ограничивают эффективность инверторов, подключенных к сети.LCL-фильтр обычно используется для смягчения ограничений и удовлетворения требуемых сетевых стандартов [4]. Однако виртуальный импеданс сети и взаимодействие между основными элементами LCL-фильтра затрудняют разработку эффективного контроллера из-за высокого пикового усиления на резонансной частоте. Были разработаны некоторые способы и методы, чтобы преодолеть эту проблему и улучшить устойчивое состояние и переходные характеристики инвертора сеток соединены, включая контроль повтора, пропорциональные резонансные и апериодическое управление [4-7].Чаннеговда и Джон [8] использовали демпфирующий резистор для уменьшения резонанса LCL-фильтра; хотя это было успешным, потери мощности в демпфирующем резисторе были достаточно высокими, чтобы повлиять на эффективность инвертора. В результате на момент подключения LCL-фильтр в этом приложении все еще имеет плохие динамические характеристики.

Фотоэлектрические инверторы

должны иметь определенные конструктивные особенности, такие как отслеживание максимальной точки мощности (MPPT), защита от островков, коррекция коэффициента мощности, снижение гармоник и устранение неисправностей [4].Солнечная фотоэлектрическая генерация предлагает очевидные экологические преимущества, поскольку почти полностью исключает загрязнение в момент генерации и, в отличие от некоторых других форм возобновляемой генерации, является бесшумной, что делает ее в высшей степени подходящей и для жилых районов [1]. Распределенная генерация с использованием фотоэлектрической системы также выгодна в странах, где нет традиционной инфраструктуры мощных сетей. Требования к малым распределенным системам производства электроэнергии — это низкая стоимость, высокая эффективность и устойчивость к широкому диапазону изменений входного напряжения.Инвертор может быть одноступенчатым или многоступенчатым. Одноступенчатые инверторы преобразуют постоянный ток напрямую в переменный без промежуточного каскада. Двухступенчатые инверторы представляют собой преобразователь постоянного тока, за которым следует инвертор постоянного тока в переменный [9–12]. Одноступенчатые инверторы имеют простую структуру и низкую стоимость, но многоступенчатые инверторы могут работать в более широком диапазоне входных напряжений. Для инверторов с несколькими ступенями (например, DC / DC и DC / AC преобразователь) сложность и стоимость увеличиваются, а эффективность ниже [1, 9].

L-фильтр подходит для инвертора с высокой частотой коммутации, это фильтр первого порядка с общей частотой 20 дБ / декада.Динамическое взаимодействие между инверторами, использующими L-фильтры, меньше, чем между инверторами с LC- или LCL-фильтрами. Кроме того, изменение условий окружающей среды может привести к генерации несинусоидального тока в сети, который может вызвать падение напряжения и искажения в ней. Liang et al. представлен анализ искажений напряжения [13]; однако их исследование не включало анализ тока в точке общего соединения (PCC). Фотоэлектрические инверторы ограничены несколькими факторами, включая слабое подключение к сети, подключение в автономном режиме и взаимодействие между различными фотоэлектрическими инверторами.Подключение в автономном режиме может быть опасным для коммунальных служб и может помешать интерфейсу коммунального предприятия с защитой G59 повторно подключить сеть к фотоэлектрической системе. Для этого необходимо разработать соединение в режиме защиты от островков, чтобы прекратить подачу электроэнергии в основную сеть. Однако подключение в режиме анти-островного режима может вызвать события перебоя в питании (отключение электроэнергии). Резервный инвертор может преодолеть это ограничение. Резервный инвертор используется для питания критической нагрузки и не питает сеть. Это связано с тем, что служебный интерфейс с защитой G59 содержит обнаружение мониторинга напряжения (например,г., VMD460) реле, которое представляет собой внешнюю сеть и систему защиты. Это реле используется для отключения электросети общего пользования от фотоэлектрического генератора в случае недопустимых пороговых значений. Реле VMD460 — это устройство, которое контролирует напряжение и частоту сети, и когда напряжение и частота источника энергии находятся в допустимом пороге, реле VMD460 позволяет повторно подключаться к сети общего пользования. Однако взаимодействие может возникнуть, если подключено несколько фотоэлектрических инверторов. Таким образом, мини-сеть переменного тока может использоваться для повышения производительности системы, которая включает в себя несколько фотоэлектрических инверторов.Гармонические помехи большого количества инверторов были проанализированы Enslin et al. [14]. Обсуждался резонанс между фотоэлектрическим инвертором и существующими сетевыми компонентами. Было обнаружено, что выходной импеданс инвертора должен быть высоким, поскольку он является функцией частоты и дает незагрязненную синусоидальную форму волны тока. В исследовании предполагалось, что большинство бытовых приборов будут иметь емкостные нагрузки, а они, как правило, индуктивные. Xue et al. предоставил обзор будущих тенденций развития инверторов [15].В этом случае потребуются улучшения надежности. Было упомянуто, что в будущем фотоэлектрические инверторы потребуются для питания вспомогательных служб в распределительной сети. В общем, критерии проектирования фотоэлектрических инверторов будут включать в себя подавление мерцания, компенсацию несбалансированной нагрузки, активную балансирующую мощность, активный фильтр, фильтрацию гармоник, падение напряжения и управляющее напряжение для подавления выбросов. Обнаружение антиостровов также было определено как проблема, и должна быть возможность отличить постоянные отключения электроэнергии от кратковременных падений и обеспечить соответствующий ответ в каждом случае.Ограничения этих исследований были представлены в критических обзорах Algaddafi et al. [16]. Новый метод определения выходного импеданса инвертора и импеданса сети был представлен Sun [3], который утверждал, что высокое выходное сопротивление для инвертора, подключенного к сети, позволяет успешно работать с более широким диапазоном импедансов сети. Другие вопросы, которые также будут важны, включают управление параллельным сетевым инвертором, выходной фильтр и демпфирование, метод синхронизации с сетью и оптимизацию выходного импеданса.

Недавно He et al. Смоделировали многократный инвертор, использующий эквивалентные схемы Нортона. [17], обсуждая взаимодействие параллельных инверторов. Система Micro-Grid на основе нескольких фотоэлектрических инверторов представила более сложную картину, где взаимодействие фотоэлектрических инверторов вызовет сложный резонанс на различных частотах, поэтому выходной ток будет искажаться, даже если конструкция управления и схема фильтра точно разработаны для одного инвертора. .

Физическая фотоэлектрическая матрица имеет несколько ограничений, поскольку она зависит от погодных условий для испытаний на открытом воздухе и требует большого пространства и системы охлаждения для испытаний в помещении.Эмулятор фотоэлектрической матрицы (PVAE) с быстрым откликом предлагает потенциальное решение. Доступные в настоящее время силовые электронные PVAE имеют низкое время отклика. Этого можно избежать, используя последовательный регулятор с надежным управлением. Нелинейность генератора кривой тока-напряжения ( I — В ) и мощности-напряжения ( P — В ) генератора PVAE также является сложной задачей, и ее характеристики будут меняться в зависимости от солнечной инсоляции, окружающей среды. температура и выходное напряжение [12].Это можно преодолеть с помощью аналоговой вычислительной схемы, представленной в [18]. Однако PVAE, представленный в [18], требует системы охлаждения, где при высокой нагрузке или высокой мощности система может быть нестабильной, и производительность PVAE ухудшится. Следовательно, PVAE не подходит для работы с Sunny Boy (SB 1700E) в настоящее время, даже если он может использоваться с малой мощностью, такой как инвертор Sunny Boy 700. Для простоты и доступности коммерческий фотоэлектрический инвертор, которым является инвертор SB 1700E, был первоначально протестирован с источником Thevenin в этой статье.Работа однофазного инвертора описывается как эквивалентная схема инвертора, подключенного к сети, что помогает понять поведение фотоэлектрического инвертора. На сегодняшний день динамическая модель инвертора не обсуждается должным образом. Уравнение (1) обычно используется для изучения поведения фотоэлектрического инвертора и определения фазового угла [19], где — падение напряжения на катушке индуктивности, — напряжение инвертора, — напряжение сети и — угол нагрузки. На рисунке 1 показана эквивалентная схема инвертора, подключенного к основной сети, и векторная диаграмма инвертора, подключенного к сети.Векторная диаграмма используется для объяснения работы схемы фотоэлектрического инвертора. Когда угол нагрузки равен нулю, напряжение сети равно выходному напряжению инвертора. Таким образом, активная мощность будет равна нулю. Следовательно, амплитуда напряжения инвертора должна быть выше напряжения электросети. Угол нагрузки используется для управления активной мощностью () и реактивной мощностью (), вводимой в сеть согласно пунктам (2) и (3) ниже [20].

.