Инвертором называется устройство преобразующее энергию: Инвертором называется устройство преобразующее энергию — Ответ на вопрос №1042739

Инверторы напряжения | это… Что такое Инверторы напряжения?

Инверторы напряжения — инвертором напряжения (по зарубежной терминологии DC/AC converter) называют устройство, преобразующие электрическую энергию источника напряжения постоянного тока в электрическую энергию переменного тока.

• Инверторы напряжения (ИН) могут применяться в виде отдельного законченного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока.^[1][2] Потребность в таких устройствах связана с широким внедрением в различных отраслях промышленности и бизнесе компьютерных технологий.^[3][4][5] При этом недостаточная надежность сетей переменного тока является основным источником нарушения технологического цикла производственных процессов и связана с большими экономическими рисками. По оценкам специалистов ущерб от «перебоя» электрической энергии в течение одного часа в таких сферах, как финансы (брокерские операции, продажа кредитных карточек), медиа-услуги, исчисляются сотнями тысяч долларов. ^[6][7]

Содержание 1 Свойства инверторов 2 Работа инвертора 3 Методы технической реализации инверторов и особенности их работы 4 Типовые схемы инверторов напряжения 5 Принцип построения инверторов 6 Примечания 7 См. также 8 Литература 9 Ссылки

Свойства инверторов

• Инверторы напряжения позволяют устранить или по крайней мере ослабить зависимость работы информационных систем от качества сетей переменного тока.

Например, в персональных компьютерах, информационных центрах на базе ПК при внезапном отказе сети с помощью резервной аккумуляторной батареи и инвертора можно обеспечить работу компьютеров для корректного завершения решаемых задач.

В более сложных ответственных системах инверторные устройства могут работать в длительном контролируемом режиме параллельно с сетью или независимо от нее. ^[8][9]

• Кроме «самостоятельных» приложений, где инвертор выступает в качестве источника питания потребителей переменного тока, широкое развитие получили технологии преобразования энергии, где инвертор является промежуточным звеном в цепочке преобразователей.

Принципиальной особенностью инверторов напряжения для таких приложений является высокая частота преобразования (десятки-сотни килогерц). Для эффективного преобразования энергии на высокой частоте требуется более совершенная элементарная база (полупроводниковые ключи, магнитные материалы, специализированные контроллеры).

• Как и любое другое силовое устройство, инвертор должен иметь высокий КПД, обладать высокой надежностью и иметь приемлемые массо-габаритные характеристики.^[10][11]

Кроме того, ИН длжен иметь допустимый уровень высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения (допустимое значение коэффициентов гармоник) и не создавать при работе недопустимый для других потребителей уровень пульсации на зажимах источника энергии.

Работа инвертора

Работа инвертора напряжения (ИН) основана на переключении источника постоянного напряжения с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения «задается» сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

1. регулирование напряжения;
2. синхронизация частоты переключения ключей;
3. защитой их от перегрузок; и др.

Методы технической реализации инверторов и особенности их работы

1. Ключи инвертора должны быть управляемыми (включаются и выключаются по сигналу управления), а также обладать свойством двухсторонней проводимости тока.^[12] Как правило такие ключи получают шунтированием транзисторов обратными диодами. Исключение составляют полевые транзисторы, в которых такой диод является внутренним элементом его полупроводниковой структуры.
2. Регулирование выходного напряжения инверторов достигается изменением площади импульса полуволны. Наиболее простое регулирование достигается регулирование длительности (шины) импульса полуволны. Такой способ является простейшим вариантом метода широтно-импульсной модуляции сигналов (ШИМ).
3. Нарушение симметрии полуволн выходного напряжения порождает побочные продукты преобразования с частотой ниже основной, включая возможность появления постоянной составляющей напряжения, недопустимой для цепей, содержащих трансформаторы.
4. Для получения управляемых режимов работы инвертора, ключи инвертора и алгоритм управления ключами должны обеспечить последовательную смену структур силовой цепи, называемых прямой, коротко замкнутой и инверсной.
5. Мгновенная мощность потребителя пульсирует с удвоенной частотой. Первичный источник питания должен допускать работу с пульсирующими и даже изменяющими знак токами потребления. Переменные составляющие первичного тока определяют уровень помех на зажимах источника питания.

Типовые схемы инверторов напряжения

Существуют большое число вариантов построения схем инверторов. ^[13][14] Исторически первыми были механические инверторы, которые в эпоху развития полупроводниковых технологий заменили более технологичные инверторы на базе полупроводниковых элементов, и цифровые инверторы напряжения. Но все же, как правило, выделяют три основные схемы инверторов напряжения:

• Мостовой ИН без трансформатора

Мостовой ИН без трансформатора

Область применения: устройства бесперебойного питания мощностью более 500 ВА, установки с высоким значением энергии (220..360 В).

• С нулевым выводом трансформатора

Инвертор напряжения с нулевым выводом трансформатора

Область применения: Устройства бесперебойного питания компьютеров мощностью (250.. 500 ВА), при низком значении напряжения (12..24 В), преобразователи напряжения для подвижных систем радиосвязи.

• Мостовая схема с трансформатором

Мостовой инвертор напряжения с трансформатором

Область применения: Устройства бесперебойного питания ответственных потребителей с широким диапазоном мощностей: единицы — десятки кВА. ^[15]

Принцип построения инверторов

• Инверторы с прямоугольной формой выходного напряжения

Преобразование постоянного напряжения первичного источника в переменное достигается с помощью группы ключей, периодически коммутируемых таким образом, чтобы получить знакопеременное напряжение на зажимах нагрузки и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи реактивной энергии. В таких режимах гарантируется пропорциональность выходного напряжения. В зависимости от конструктивного исполнения модуля переключения (модуля силовых ключей инвертора) и алгоритма формирования управляющих воздействий, таким фактором могут быть относительная длительность импульсов управления ключами или фазовый сдвиг сигналов управления противофазных групп ключей. В случае неконтролируемых режимов циркуляции реактивной энергии реакция потребителя с реактивными составляющими нагрузки влияет на форму напряжения и его выходную величину.^[16][17]

• Инверторы напряжения со ступенчатой формой кривой выходного напряжения

Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования формируются однополярные ступенчатые кривые напряжения, приближающиеся по форме к однополярной синусоидальной кривой с периодом, равным половине периода изменения выходного напряжения инвертора. Затем с помощью, как правило, мостового инвертора однополярные ступенчатые кривые напряжения преобразуются в разнополярную кривую выходного напряжения инвертора.

• Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения

Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования получают напряжение постоянного тока, значение которого близко к амплитудному значению синусоидального выходного напряжения инвертора. Затем это напряжение постоянного тока с помощью, как правило, мостового инвертора преобразуется в переменное напряжение по форме, близкое к синусоидальному, за счет применении соответствующих принципов управления транзисторами этого мостового инвертора (принципы так называемой «многократной широтно-импульсной модуляции»).^[18][19] Идея этой «многократной» ШИМ заключается в том, что на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора соответствующая пара транзисторов мостового инвертора коммутируется на высокой частоте (многократно) при широтно-импульсном управлении. Причем длительность этих высокочастотных импульсов коммутации изменяется по синусоидальному закону . Затем с помощью высокочастотного фильтра нижних частот выделяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора.^[16]

• Инверторы напряжения с самовозбуждением

Инверторы с самовозбуждением (автогенераторы) относятся к числу простейших устройств преобразования энергии постоянного тока. Относительная простота технических решений или достаточно высокой энергетической эффективности привело к их широкому применению в маломощных источниках питания в системах промышленной автоматики и генерировании сигналов прямоугольной формы, особенно в тех приложениях, где отсутствует необходимость в управлении процессом передачи энергии. В этих инверторах используется положительная обратная связь, обеспечивающая их работу в режиме устойчивых автоколебаний, а переключение транзисторов осуществляется за счет насыщения материала магнитопровода трансформатора. ^[20][21] В связи со способом переключения транзисторов, с помощью насыщения материала магнитопровода трансформатора, выделяют недостаток схем инверторов, а именно низкий КПД, что объясняется большими потерями в транзисторах. Поэтому такие инверторы применяются при частотах не более 10 кГц и выходной мощности до 10 Вт. При существенных перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке в любом из инверторов с самовозбуждением происходит срыв автоколебаний (все транзисторы переходят в закрытое состояние).

Примечания

1. ↑ Luo, Fang Lin & Ye, Hong (2004), «Advanced DC/DC Converters», CRC Press, ISBN 0-8493-1956-0 
2. ↑ Luo, Fang Lin; Ye, Hong & Rashid, Muhammad H. (2005), «Power Digital Power Electronics and Applications», Elsevier, ISBN 0-12-088757-6 
3. ↑ Pressman 1998, p. 306
4. ↑ DC Power Production, Delivery and Utilization, An EPRI White Paper (PDF). Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. Page 9 080317 mydocs.epri.com
5. ↑ DC-DC CONVERTERS: A PRIMER. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. 090112 jaycar.com.au Page 4
6. ↑ Electrical Power Quality and Utilisation, Journal Vol. XV, No. 2, 2009: Estimation of Optimum Value of Y-Capacitor for Reducing Emi in Switch Mode Power Supplies
7. ↑ High-efficiency power supplies for home computers and servers. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
8. ↑ Maniktala, Sanjaya (2007), «Troubleshooting Switching Power Converters: A Hands-on Guide», Newnes/Elsevier, ISBN 0-7506-8421-6 
9. ↑ Nelson, Carl (1986), «LT1070 design Manual», vol. AN19 publisher= Linear Technology, <http://www.linear.com/docs/4176>  Application Note giving an extensive introduction in Buck, Boost, CUK, Inverter applications. (download as PDF from http://www. linear.com/designtools/app_notes.php)
10. ↑ Irving, Brian T. & Jovanović, Milan M. (2002), «Analysis and Design of Self-Oscillating Flyback Converter», Proc. IEEE Applied Power Electronics Conf. (APEC), сс. 897–903, <http://www.deltartp.com/dpel/dpelconferencepapers/S19P6.pdf>. Проверено 30 сентября 2009. 
11. ↑ Energy Savings Opportunity by Increasing Power Supply Efficiency. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
12. ↑ Foutz, Jerrold. Switching-Mode Power Supply Design Tutorial Introduction. Проверено 6 октября 2008.
13. ↑ Switching Regulators for Poets
14. ↑ Переводчик Google
15. ↑ http://www.compeljournal.ru/images/articles/2009_15_6.pdf
16. ↑ ^{1 2} MIT open-courseware, Power Electronics, Spring 2007
17. ↑ Switch Mode Power Supplies
18. ↑ Pressman, Abraham I. ; Billings, Keith & Morey, Taylor (2009), «Switching Power Supply Design» (Third ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-148272-5 
19. ↑ Rashid, Muhammad H. (2003), «Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications», Prentice Hall, ISBN 0-13-122815-3 
20. ↑ Basso, Christophe (2008), «Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs», McGraw-Hill, ISBN 0-07-150858-9 
21. ↑ Erickson, Robert W. & Maksimovic, Dragan (2001), «Fundamentals of Power Electronics» (Second ed.), ISBN 0-7923-7270-0 

См. также

• Инвертор (преобразователь)
• Выпрямитель
• Автогенератор
• Транзистор
• Источник питания
• Источник бесперебойного питания
• Обратноходовый преобразователь
• Импульсный стабилизатор напряжения

Литература

• Бушуев В.М., Деминский В. А., Захаров Л.Ф., Козляев Ю.Д. , Колканов М.Ф. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. — М.: Горячая линия — Телеком, 2009. — 384 с. — ISBN 978-5-9912-0077-6

• Китаев В.Е., Бокуняев А. А., Колканов М.Ф. Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975. — 328 с.
• Ирвинг М., Готтлиб Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы.. — 2-е изд. — М.: Постмаркет, 2002. — 544 с. — ISBN 5-901095-05-7
• Раймонд Мэк Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению. — М.: Додэка-ΧΧΙ, 2008. — 272 с. — ISBN 978-5-94120-172-3
• Угрюмов Е. П. Теория и практика эволюционного моделирования. — 2-е изд. — СПб: БХВ-Петербург, 2005. — С. 800. — ISBN 5-94157-397-9
• Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с. — 60 000 экз.
• Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3

Ссылки

• http://cxem.net/pitanie/5-88.php
• http://www.cqham.ru/pow2_15.htm
• Мощный инвертор
• http://zpostbox.ru/dc_bridge_circuits.html
• Инвертор — частотный преобразователь
• http://translate.google.ru/translate?hl=ru&langpair=en%7Cru&u=http://elt.ee-oz.com.au/files/archives/UTE99/A2NUEMD/NUE064_Electronic_Power_%26_Control_1_2067.pdf
• http://www.powerstream.com/inFAQ.htm
• http://solar.gwu.edu/index_files/Resources_files/How-Solar-Inverters-Work-With-Solar-Panels.pdf
• Summary Report on the DOE High-tech Inverter Workshop
• http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/AE_synchronous_inverter.html
• http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/AE_synchronous_inverter.html
• A SAFETY STANDARD FOR DISTRIBUTED GENERATION
• http://cxem.net/beginner/beginner60. php
• Полумостовые конверторы с переключением транзисторов при нуле напряжения
• Инвертор нового поколения от компании «Связь инжиниринг»
• Базовые троичные логические элементы. Снижение энергопотребления
• Гибридные электромобили. Изолированный усилитель для измерения напряжения
• http://www.elart.narod.ru/
• DC/DC converter
• Power inverter(DC/AC)
• Двухтактный преобразователь
• Switched-mode power supply
• Повышающий преобразователь
• Solar inverter
• Grid-tie inverter
• http://8800.org.ua/showcategory.php?categoryID=31
• http://www.compeljournal.ru/enews/rubric/power
• http://www.stanki-remont.ru/catalog/cat_140/st_456.phphttp://translate.google.ru/translate?hl=ru&langpair=en%7Cru&u=http://reviews.ebay.co.uk/3-THREE-PHASE-CONVERTERS-INVERTERS-415V-DIGITAL-ROTARY%3Fugid%3D10000000001476333
• http://translate.google.ru/translate?hl=ru&langpair=en%7Cru&u=http://www. pplmotorhomes.com/parts/rv-converters-electrical-batteries-1.htm
• http://translate.google.ru/translate?hl=ru&langpair=en%7Cru&u=http://www.voltageconverters.com/faq.htm
• http://translate.google.ru/translate?hl=ru&langpair=en%7Cru&u=http://www.quasarelectronics.com/power-inverter-faq.htm
• http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=ru&langpair=en%7Cru&rurl=translate.google.ru&u=http://www.exploroz.com/Vehicle/Electrics/Inverters.aspx&usg=ALkJrhgJmBrS8DouxPw52Eixdtl9DVsa_A
• http://www.ti.com/lit/an/snva006b/snva006b.pdf
• http://www.gotopower.com/
• Подробный разбор работы блока питания на ШИМ преобразовании
• Исследование астатического импульсного стабилизатора постоянного напряжения
• http://www.powersupplies.net/
• POWER SUPPLY DESIGN SEMINAR BOOKS ONLINE
• Switching Regulators for Poets

Инвертор напряжения ⋆ diodov.net

С развитием альтернативных источников энергии, в частности с массовым внедрением солнечных панелей, инвертор напряжения находит все более широкое применение. Поскольку применяется как постоянный, так и переменный ток, то часто возникает необходимость в преобразовании энергии одного рода в другой. Устройства, преобразующие переменный ток в постоянный называются выпрямителями. В качестве выпрямителя чаще всего применяют диодный мост. А устройство, преобразующее постоянный ток в переменный называют инвертором.

По ряду положительный свойств большую популярность завоевал инвертор напряжения. Особенно широко он используется с целью преобразования электрической энергии постоянного тока аккумуляторной, солнечной батареи или суперконденсатор в переменное напряжение 230 В, 50 Гц для питания большинства промышленных устройств.

Принцип работы инвертора напряжения

Представим, что у нас имеется источник электрической энергии постоянного тока такой, как аккумулятор или гальванический элемент и потребитель (нагрузка), который работает только от переменного напряжения. Как преобразовать один вид энергии в другой? Решение было найдено довольно просто. Достаточно подключить аккумулятор к потребителю сначала одной полярностью, а затем через короткий промежуток отключить аккумулятор, а потом снова подключить, но уже обратной полярностью. И такие переключения повторять все время через равные промежутки времени. Если выполнять таких переключений 50 раз за секунду, то на потребитель будет подаваться переменное напряжение частотой 50 Гц. Роль переключателей чаще всего выполняют транзисторы или тиристоры, работающие в ключевом режиме.

На схеме, приведенной ниже, изображен источника питания U_ип с клеммами 1-2 и потребитель R_нL_н, обладающий активно-индуктивным характером, с клеммами 3-4. В один момент времени потребитель клеммами 3-4 подключается к клеммам 1-2 U_ип, при этом I от U_ип протекает в направлении L_нR_н, а в следующий момент клеммы 3-4 изменяют свое положение и I протекает в противоположном направлении относительно потребителя электрической энергии.

Схема инвертора напряжения

Наиболее распространённая схема инвертора напряжения состоит из четырех IGBT транзисторов VT₁…VT₄, включенных по схеме моста, и четырех обратных диодов, обозначенных VD₁…VD₄, параллельно соединенных с управляемыми полупроводниковыми ключами во встречном направлении. Преобразователь питает активно-индуктивную нагрузку. Именно она является самой распространенной, поэтому была взята за основу.

Входные клеммы инвертора подключаются к U_ип. Если таким источником служит диодный выпрямитель, то выход его обязательно шунтируется конденсатором C.

В силовой электронике наибольшее применение нашли транзисторы с изолированным затвором IGBT (именно они показаны на схеме) и GTO, IGCT тиристоры. При оперировании меньшими мощностями вне конкуренции полевые транзисторы MOSFET.

В момент времени t₁ открываются VT₁ и VT₄, а VT₂ и VT₃ – закрыты. Образуется единственный путь для протекания тока через нагрузку: «+» U_ип – VT₁ – нагрузка R_нL_н – VT₄ – «-» U_ип. Таким образом, на интервале времени t₁ ‑ t₂ создается замкнутая цепь для протекания i_н в соответствующем направлении.

Режим работы схемы

Для изменения направления i_н снимаются управляющие импульсы с баз VT₁ и VT₄ и подаются сигналы на открытие второго и третьего VT_2,3. В точке t₂ на оси времени t, первый и четвертый VT_1,4 закрыты, а второй и третий – открыты. Однако, поскольку нагрузка активно-индуктивная, то i_н не может мгновенно изменить направление на противоположное. Этому будет препятствовать энергия, запасенная на индуктивности L_н. Поэтому он будет сохранять прежнее направление до тех пор, пока не рассеется все энергия, запасенная на индуктивности в виде магнитного поля, равная W_м = (L_н∙i²)/2.

В связи с этим, на отрезке времени t₂ – t₃ ток будет протекать через диоды VD₂ и VD₃, сохраняя прежнее направление на R_нL_н, но пройдет в обратном направлении через U_ип или конденсатор C, если источником энергии является диодный выпрямитель. Поэтому следует обязательно установить конденсатор C, если преобразователь подключен к диодному выпрямителю. Иначе прервется путь протекания i_н, в результате чего возникнут сильное перенапряжение, которое может повредить изоляцию потребителя и выведет из строя полупроводниковые приборы.

В момент времени t₃ вся запасенная на индуктивности энергия снизится до нуля. Начиная с момента t₃ до момента t₄ под действием приложенного U_ип через открытые полупроводниковые ключи VT₂ и VT₃ будет протекать i_н через L_нR_н уже в другую сторону.

В точке t₄, расположенной на оси времени t, снимается управляющий сигнал с VT_1,3, а VT₁ и VT₄ открываются. Однако i_н продолжает протекать в ту же сторону, пока не расходуется энергия, запасенная в индуктивности. Это будет происходить на интервале времени t₄ – t₅.

Работа схемы

Начиная с момента t₅ i_н изменить направление и потечет от U_ип через L_нR_н по пути через VT₁ и VT₄. Далее все процессы, протекающие в электрической цепи, будут повторяться. На L_нR_н форма напряжения будет прямоугольной, но ток на активно-индуктивной нагрузке будет иметь пилообразную форму за счет наличия индуктивности, которая не позволяет ему мгновенно вырасти и снизиться. Если потребитель имеет чисто активный характер (индуктивность и емкость практически равны нулю), то формы i_н и u_н будет в виде прямоугольников.

Поскольку VT₁…VT₄ попарно открывались на всей протяженности соответствующих полупериодов, то на выходе преобразователя формировалось максимально возможное u_н, поэтому через L_нR_н протекал i_н максимальной величины. Однако часто требуется обеспечить плавное нарастание мощности на потребителе, например для постепенного увеличения яркости освещения или частоты вращения вала двигателя.

Следует пояснить, что сигналы, поступающие из системы управления СУ, подаются не сразу на базы полупроводниковых ключей, а посредством драйвера. Так как современные СУ построены на безе микроконтроллеров, которые выдают маломощные сигналы, не способные открыть IGBT, то для увеличения мощности открывающего импульса применяется промежуточное звено – драйвер. Кроме того на часто драйвер выполняет множество дополнительных функций – защищает транзистор от короткого замыкания, перегрева и т. п.

Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров

Самый простой способ изменить величину uн заключается в регулировании величины подводимого U_ип, если такая возможность имеется. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электрической энергии как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея не имеют данной возможности. Поэтому регулировка частоты и величины выходного u_н полностью возлагается на инвертор.

Для регулирования величины u_н одну пару диагонально противоположных транзисторов следует открыть несколько ранее, чем в рассмотренном выше случае. Поэтому алгоритмом системы управления следует предусмотреть сдвигу управляющих сигналов. Например, подаваемых на открытие VT₁ и VT₄ относительно импульсов управления, подаваемых на базы VT₂ и VT₃, на некоторый угол, называемый углом управления α.

Обратите внимание, что амплитудное значение u_н остается неизменной величины и приблизительно равно значению U_ип, но действующее значение u_н будет снижаться по мере увеличения угла управления α. Рассмотрим, как это работает.

На интервале времени от t₁ до t₂ открыта пара транзисторов VT₁ и VT₄; iн протекает справа налево, как показано на схеме. В момент t₂ закрывается первый транзистор и открывается второй. Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает практически до нуля, соответственно снижается и i_н.

Далее из системы управления поступает команда и VT₂ открывается, а VT₄ закрывается. Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току i_н изменить свое направление, и он протекает по прежней цепи, только уже через диоды VD₂ и VD₃ встречно источнику питания. Длительность этого процесса продолжается до точки времени t₄. В точке t₄ под действием приложенного U_ип i_н изменяет знак на противоположный.

Широтно-импульсная модуляция

Такой алгоритм работы полупроводниковых ключей в отличие от предыдущего алгоритма формирует паузу определенной длительности, которая в конечном итоге приводит к снижению действующего значения u_н. Для формирования i_н синусоидальной формы применяется широтно-импульсная модуляция ШИМ. Преобразователь с ШИМ, а точнее алгоритм его работы, предусматривающий ШИМ, мы рассмотрим отдельно.

Также следует заметить, что рассмотренный алгоритм управления полупроводниковыми ключами называется широтно-импульсным регулированием ШИР, который часто путают с ШИМ, хотя разница огромная.

В преобразовательной технике ШИМ практически вытеснила ШИР, поскольку обладает рядом положительных свойств, благодаря которым повышается КПД всего устройства и снижается уровень электромагнитных помех. Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим инвертор напряжения с ШИМ.

Солнечная интеграция: основы инверторов и сетевых услуг

Офис технологий солнечной энергии

Что такое инверторы?

Инвертор является одним из наиболее важных элементов оборудования в системе солнечной энергии. Это устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC), которое генерирует солнечная панель, в электричество переменного тока (AC), которое использует электрическая сеть. В постоянном токе электричество поддерживается при постоянном напряжении в одном направлении. В переменном токе электричество течет в обоих направлениях по цепи, когда напряжение меняется с положительного на отрицательное. Инверторы — это лишь один пример класса устройств, называемых силовой электроникой, которые регулируют поток электроэнергии.

По сути, инвертор выполняет преобразование постоянного тока в переменный, очень быстро переключая направление входа постоянного тока назад и вперед. В результате вход постоянного тока становится выходом переменного тока. Кроме того, фильтры и другая электроника могут использоваться для создания напряжения, которое изменяется в виде чистой повторяющейся синусоидальной волны, которую можно подавать в энергосистему. Синусоида — это форма или схема, которую напряжение создает с течением времени, и это модель мощности, которую сеть может использовать без повреждения электрооборудования, которое предназначено для работы на определенных частотах и ​​напряжениях.

Первые инверторы были созданы в 19 веке и были механическими. Например, вращающийся двигатель будет использоваться для постоянного изменения того, подключен ли источник постоянного тока вперед или назад. Сегодня мы делаем электрические переключатели из транзисторов, твердотельных устройств без движущихся частей. Транзисторы изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний или арсенид галлия. Они контролируют поток электричества в ответ на внешние электрические сигналы.

A 1909 г. «Вращающийся преобразователь» Westinghouse мощностью 500 киловатт, ранний тип инвертора. Иллюстрация предоставлена ​​Викимедиа.

Если у вас есть домашняя солнечная система, ваш инвертор, вероятно, выполняет несколько функций. Помимо преобразования вашей солнечной энергии в энергию переменного тока, он может контролировать систему и предоставлять портал для связи с компьютерными сетями. Аккумуляторные системы с солнечными батареями полагаются на усовершенствованные инверторы для работы без какой-либо поддержки со стороны сети в случае перебоев, если они предназначены для этого.

К сети на основе инвертора

Исторически сложилось так, что электроэнергия в основном вырабатывалась путем сжигания топлива и создания пара, который затем вращал турбогенератор, вырабатывающий электричество. Движение этих генераторов вырабатывает мощность переменного тока по мере вращения устройства, что также определяет частоту или количество повторений синусоидальной волны. Частота сети является важным показателем для контроля за исправностью электрической сети. Например, при слишком большой нагрузке — слишком большом количестве устройств, потребляющих энергию, — энергия удаляется из сети быстрее, чем может быть поставлена. В результате турбины замедлятся, а частота переменного тока уменьшится. Поскольку турбины представляют собой массивные вращающиеся объекты, они сопротивляются изменениям частоты точно так же, как все объекты сопротивляются изменениям своего движения — свойство, известное как инерция.

По мере того, как к сети добавляется больше солнечных систем, к сети подключается больше инверторов, чем когда-либо прежде. Инверторная генерация может производить энергию на любой частоте и не обладает такими инерционными свойствами, как паровая генерация, поскольку в ней нет турбины. В результате переход к электрической сети с большим количеством инверторов требует создания более интеллектуальных инверторов, которые могут реагировать на изменения частоты и другие сбои, возникающие во время работы сети, и помогают стабилизировать сеть от этих сбоев.

Сетевые службы и инверторы

Сетевые операторы управляют спросом и предложением электроэнергии в электрической системе, предоставляя ряд сетевых услуг. Сетевые услуги — это действия, выполняемые сетевыми операторами для поддержания общесистемного баланса и лучшего управления передачей электроэнергии.

Когда сеть перестает работать должным образом, например, при отклонениях напряжения или частоты, интеллектуальные инверторы могут реагировать по-разному. В общем, стандарт для небольших инверторов, таких как те, которые подключены к домашней солнечной системе, должен оставаться включенным во время или «проходить через» небольшие сбои в напряжении или частоте, и если сбой длится в течение длительного времени или больше, чем обычно , они отключатся от сети и отключатся. Частотная характеристика особенно важна, потому что падение частоты связано с неожиданным отключением генерации. В ответ на изменение частоты инверторы настраиваются на изменение выходной мощности для восстановления стандартной частоты. Ресурсы на основе инвертора могут также реагировать на сигналы оператора об изменении их выходной мощности по мере того, как другие поставки и потребности в электрической системе колеблются, что представляет собой сетевую услугу, известную как автоматическое управление генерацией. Чтобы предоставлять сетевые услуги, инверторы должны иметь источники энергии, которыми они могут управлять. Это может быть либо генерация, например солнечная панель, которая в настоящее время производит электроэнергию, либо хранение, например аккумуляторная система, которую можно использовать для обеспечения энергии, которая ранее накапливалась.

Еще одна сетевая услуга, которую могут предоставлять некоторые продвинутые инверторы, — формирование сетки. Инверторы, формирующие сеть, могут запустить сеть, если она выходит из строя — процесс, известный как запуск из обесточенного состояния. Традиционным «сетевым» инверторам требуется внешний сигнал из электрической сети, чтобы определить, когда произойдет переключение, чтобы создать синусоидальный сигнал, который можно ввести в электрическую сеть. В этих системах мощность из сети обеспечивает сигнал, который инвертор пытается согласовать. Более совершенные сеткообразующие инверторы могут сами генерировать сигнал. Например, сеть небольших солнечных панелей может назначить один из своих инверторов для работы в режиме формирования сети, в то время как остальные следуют его примеру, как партнеры по танцу, формируя стабильную сеть без какой-либо турбинной генерации.

Реактивная мощность — одна из наиболее важных функций, которые могут предоставлять инверторы. В сети напряжение — сила, толкающая электрический заряд — всегда переключается туда-сюда, как и ток — движение электрического заряда. Электрическая мощность максимизируется, когда напряжение и ток синхронизированы. Однако могут быть случаи, когда напряжение и ток имеют задержки между двумя чередующимися моделями, например, когда двигатель работает. Если они не синхронизированы, часть мощности, протекающей по цепи, не может быть поглощена подключенными устройствами, что приводит к потере эффективности. Для создания такого же количества «реальной» мощности потребуется больше общей мощности — мощности, которую могут поглотить нагрузки. Чтобы противодействовать этому, коммунальные предприятия поставляют реактивную мощность, которая синхронизирует напряжение и ток и облегчает потребление электроэнергии. Эта реактивная мощность не используется сама по себе, а делает полезной другую мощность. Современные инверторы могут как обеспечивать, так и поглощать реактивную мощность, помогая сетям сбалансировать этот важный ресурс. Кроме того, поскольку реактивную мощность трудно транспортировать на большие расстояния, особенно полезными источниками реактивной мощности являются распределенные энергетические ресурсы, такие как солнечная энергия на крыше.

Рабочий проверяет инвертор на солнечной станции CoServ мощностью 2 МВт в Крюгервилле, штат Техас. Фото Кена Олтманна/CoServ.

Типы инверторов

Существует несколько типов инверторов, которые могут быть установлены как часть солнечной системы. На крупномасштабной коммунальной станции или в проекте среднего масштаба по солнечным батареям каждая солнечная панель может быть подключена к одному центральному инвертору .   Строка  инверторы соединяют набор панелей — цепочку — с одним инвертором. Этот инвертор преобразует мощность, производимую всей цепочкой, в переменный ток. Несмотря на свою экономичность, эта установка приводит к снижению выработки энергии на цепочке, если на какой-либо отдельной панели возникают проблемы, такие как затенение. Микроинверторы  – инверторы меньшего размера, размещенные на каждой панели. С микроинвертором затенение или повреждение одной панели не повлияет на мощность, которую можно получить от других, но микроинверторы могут быть дороже. Оба типа инверторов могут поддерживаться системой, которая контролирует, как солнечная система взаимодействует с подключенным аккумулятором. Солнечная батарея может заряжать аккумулятор непосредственно от постоянного тока или после преобразования в переменный ток.

Дополнительная информация

Узнайте больше о программе системной интеграции солнечного офиса.

Подпишитесь на нашу рассылку , чтобы быть в курсе последних новостей.

Главная » Информационные ресурсы по солнечной энергии » Интеграция солнечной энергии: основы инверторов и сетевых услуг

Преобразователь

и инвертор — разница и сравнение

Преобразователи и инверторы — это электрические устройства, преобразующие ток. Преобразователи преобразуют напряжение электрического устройства, обычно переменный ток (AC), в постоянный ток (DC). С другой стороны, 9Инверторы 0055 преобразуют постоянный ток (DC) в переменный ток (AC). См. также переменный и постоянный ток.

Сравнительная таблица

Сравнительная таблица преобразователя и инвертора

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

Типы

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

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

Существует три типа инверторов:

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

Применение

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

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

Недостатки

Недостатки преобразователей:

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

Недостатки инверторов:

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

Каталожные номера

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