Инверторное управление что это: Что значит инверторный кондиционер: отличие, мифы, плюсы-минусы

Инверторное управление мощностью кондиционера | SAVENERGY.INFO

У читателей, интересующихся вопросами энергоэффективности, возникает один и тот же вопрос, можно ли до бесконечности снижать энергопотребление? Я утвердительно отвечаю – да! Процесс повышения энергоэффективности любого процесса, будь то оборудование или технология не имеет границ в сокращении энергетических затрат.

Примером тому может служить климатотехника. Сегодня покупатель приобретает кондиционер с высокими энергоэффективными характеристиками. Скажем, при холодопроизводительности 2,5 кВт, кондиционер потребляет из сети 0,7 –0,9 кВт в час электрической энергии. Но буквально в течение последних пяти лет на рынке появились кондиционеры с инверторным управлением, у которых на теже 2,5 кВт холода, электропотребление сократилось почти в два раза, до 0,5 кВт в час.

Что же такое, инверторное управление мощностью кондиционера?

Это, прежде всего бесконтактный электродвигатель постоянного тока в приводе компрессора. Инвертор — это схема преобразования энергии, которая осуществляет электронное управление напряжением, силой тока и частотой работы устройства.

В инверторном кондиционере воздуха такая схема управляет вращением компрессора – а, следовательно, и выходной мощностью кондиционера. При повышении частоты оборотов повышается и мощность кондиционирования, а снижение частоты вращения приводит к сокращению мощности. Таким образом, инверторные кондиционеры воздуха обеспечивают более точный контроль температуры в помещении, чем обычные неинверторные модели.

Система с инверторным управлением имеет целый ряд преимуществ по сравнению с системами, работающими с постоянной скоростью. Например, благодаря изменению напряжения постоянного тока, кондиционер быстрее выходит на заданный режим, после чего начинает понижать скорость вращения компрессора.

Это способствует сокращению энергопотребления, но не влияет на качество кондиционирования. Помимо этого, компрессор с встроенным двигателем постоянного тока показывает более высокую производительность, чем инверторные системы переменного тока.

Сравнение инверторных и неинверторных кондиционеров воздуха с автомобилями.

Быстрое достижение комфортности.

Как только Вы включите инверторный кондиционер воздуха, он выберет оптимальный уровень мощности, необходимый для охлаждения или нагрева воздуха в комнате. Это позволит достичь заданной температуры за вдвое меньшее время по сравнению с неинверторными моделями. Когда бы Вы ни вошли в свой дом, в жаркий летний полдень или холодное зимнее утро, для Вас будет быстро создана комфортная атмосфера.

На рисунке показано изменение температуры в режиме обогрева.

Экономия энергии.

Для оптимальной экономии электроэнергии инверторная схема обеспечивает чрезвычайно эффективную работу кондиционера. Повышенная производительность теплообменника и компрессора, точное микропроцессорное управление и другие инновационные функции позволяют существенно снизить энергоемкость.

Поэтому при более высокой скорости и гибкости работы такой кондиционер потребляет меньше электроэнергии, чем традиционные модели. Более того, меньший расход питания означает повышенную экологическую безопасность и заботу об окружающей среде.

1. Тест проводился в режиме обогрева с заданной температурой. Условия теста: внутренняя и внешняя температура: 7°С / заданная температура: 25°С / скорость работы вентилятора высокая.

2. Тест проводился в течение 8 часов в режиме охлаждения Условия теста: начальная температура: 35°С / заданная температура: 25°С.

Гибкое управление мощностью.

Инверторная система кондиционирования воздуха всегда создает комфортную атмосферу в доме. Быстро достигнув заданной температуры, она точно настраивает выходную мощность для поддержания постоянной температуры. Поэтому не возникает никаких неприятных резких перепадов температуры, притом, что электрическая энергия расходуется более эффективно.

Широкий диапазон выходной мощности дает уверенность, что комфортная температура сохранится при любом количестве людей в комнате. При максимальной выходной мощности инверторная система кондиционирования способна сохранить оптимальную атмосферу, несмотря на изменение количества людей в помещении.

Инверторное управление мощностью кондиционера удачно сочетает в оборудовании мощь, комфорт и максимально возможную экономичность.

Если в данном материале вы нашли для себя что-либо инетересное, то попробуйте оставить комментарий или поделитесь с друзьями в социальных сетях.

Что такое иверторный кондиционер? Преимущества инверторных сплит систем

21 мая 0202

При выборе домашней или промышленной климатической техники покупатель опирается на отзывы других потребителей и советы продавцов. И неизбежно сталкиваются с информацией об инверторных технологиях, которые, несмотря на немалую стоимость, повсеместно рекламируют и расхваливают. Но насколько такие методы управления оправданы? Попытаемся разобраться, как устроен инвертор, и стоит ли за него выкладывать лишние деньги.

Содержание:

Принцип работы – основное отличие инвертора от обычного сплита

Обычные климатические системы, которые уже почти столетие работают по принципу on/off, являются циклическими машинами и работают по алгоритму:

1. Компрессор, перекачивающий по системе хладагент, работает на максимальных и в тоже время единственных оборотах, пока встроенные датчики не зафиксируют достижение необходимых параметров температуры в помещении
2. После получения сигнала от системы, что температура или другие параметры достигли необходимых показаний, компрессор автоматически отключается
3. В это время большинство сплитов работает в режиме «Вентиляции», то есть при отключенном компрессоре работает только вентилятор
4. Когда же температура в помещении изменяется в пределах ± 3º, компрессор снова запускается, чтобы начался процесс охлаждения  воздуха

Чем выше температура в помещении и меньше производительность агрегата, тем реже будет происходить циклование, так как достигнуть нужных параметров при таких условиях машине тяжелее – агрегат работает на износ. Но и частое циклование режимов не лучшим образом отражается на работе компрессора. Чем чаще он запускается, тем быстрее изнашивается.

Инверторные работают совершенно по другим алгоритмам:

1. После включения компрессор плавно, но стремительно набирает максимальные обороты, чтобы за минимальное время охладить помещение, иногда превышая номинальные показатели мощности на 20%. Достигается такой эффект за счет преобразования привычного переменного напряжения в постоянный ток
2. При достижении необходимых параметров компрессор не отключается в отличие от моторов обычных сплитов, а замедляет свою работу. На этом этапе постоянные токи снова преобразуются в переменные. Фактически он работает, но уже в размеренном режиме
3. При малейшем отклонении от заданных параметров компрессор набирает обороты и снова включается в работу, заставляя хладон перемещаться по руслу быстрее. Ускорение происходит даже при отклонении параметров на 1º.

Поэтому работа кондиционеров инверторного типа зависит не от циклования режимов, а от максимального ускорения и замедления скорости вращения двигателя компрессора. А регулировка такими процессами осуществляется за счет изменения типов тока. Именно за счет таких алгоритмов и достигается главное преимущество инвертора – энергоэффективность, которая порой достигает 60%.

Некоторые производители пошли дальше и внедрили инверторное управление не только для работы компрессора, но и вентилятора испарителя и конденсатора. Это уже более тонкая регулировка, позволяющая не только улучшить охлаждающие способности машины, но и уменьшить шумовые показатели, дополнительно снизить энергопотребление.

Мощность инверторных машин

Именно разбег мощностей – уникальное отличие инвертора от обычного кондиционера. Если климатический агрегат on/off всегда имеет фиксированную мощность, то у инверторных машин такой показатель будет переменным.

Популярная «девятка» бытового типа выдает стабильно 2,5 кВт, и ожидать от такого агрегата больше просто не стоит. Обычно такая машина способна качественно охладить стандартное помещение 20 – 25 м². Если же в таком агрегате применены инверторные технологии, то он будет выдавать холода от 0,5 до 3 кВт. А учитывая способность этой машины на максимальные броски в пиковые периоды, то можно смело устанавливать такую модель в комнаты 10 – 30 м².

Интегральные нагрузки позволят инвертору достигать высоких показателей быстрее и качественнее и более точно поддерживать комфортную температуру в помещении.

Управление инверторными кондиционерами

Эти машины не зря называют интеллектуальными. Они действительно умеют контролировать и мониторить все процессы, происходящие в системе. Для этого устанавливается стационарная плата во внешнем блоке, состоящая из множества электрических микросхем.

Умное управление – еще одно достоинство инверторных кондиционеров. Такие климатические агрегаты умеют:

• Контролировать погодные условия
• Определять наличие и перемещение людей в помещении
• Осуществлять самодиагностику и самоосушение
• Защищать компрессор и другие электрические компоненты от перепадов напряжения в сети
• Работать при низких температурах окружающей среды
• Запоминать заданные параметры
• Осуществлять климат-контроль и автоматически переключать режимы холод/вентиляция/тепло

Как выбрать инверторную модель?

При выборе инверторной модели нужно учитывать, что производители стараются оснастить свои инверторные новинки богатым функционалом, чтобы они выглядели более привлекательно перед своими предшественниками:

• Оснастить инверторные агрегаты более сложными и качественными системами очистки воздуха
• Придать им дизайнерские формы и привлекательный внешний вид
• Добавить опционала и порой ненужных функций.

Именно на этих преимуществах заостряется внимание покупателя, чем пытаются оправдать высокую стоимость.

Если к выбору подойти взвешенно и не заострять внимание на лишних функциях и «наворотах», можно найти вполне бюджетные модели инверторного типа. Учитывайте также и популярность бренда, если не желаете переплачивать за имя и рейтинг.

Инверторные кондиционеры – это прорыв в мире кондиционирования воздуха. И скорее всего в будущем такие технологии полностью вытеснят привычные методики охлаждения типа on/off.

Инверторное управление мощностью кондиционера

Содержание статьи:

Инвертор – это электронный модуль, который встраивается во внешний блок кондиционера. Задача инвертора – плавно изменять интенсивность работы компрессора, уменьшая или увеличивая мощность кондиционера.

Принцип работы инверторного кондиционера

Обычными неинверторными кондиционерами управляет термодатчик. Он запускает компрессор, если температура в помещении выше требуемой. Как только воздух охладился достаточно, термодатчик останавливает работу компрессора. При этом во внутреннем модуле продолжает работать вентилятор, поэтому пользователь может даже не заметить отключения. Но температура воздуха постепенно повышается. Как только она увеличится на 1 или 2 градуса (в зависимости от модели), термодатчик опять запускает компрессор. Включается последний на полную мощность кондиционера.

Минусы неинверторной технологии:

• перепады температуры в помещении могут достигать 2 градусов, что в некоторых случаях неприемлемо;
• компрессор постоянно работает на полную мощность, даже когда требуется слегка охладить воздух;
• кондиционер выдувает поток с температурой +10 градусов, что создает некомфортные условия для нахождения людей.

Этих недостатков лишены инверторные кондиционеры. Инвертор управляет мощностью кондиционера плавно.

Компрессор не останавливается, он лишь снижает свои обороты до минимума. Электроника преобразует ток переменный в постоянный, после чего выдает переменный ток с нужной частотой. Благодаря этой цепочке интенсивность работы компрессора можно изменять в очень широком диапазоне, влияя на электрическую мощность кондиционера.

Преимущества инверторного управления

На какую мощность кондиционера влияет инвертор? Изменяется уровень холодопроизводительности, что невозможно при тактовой системе управления.

Электрические сети не испытывают перегрузок, обязательных при запуске компрессора.

Электрическая мощность кондиционеров изменяется в зависимости от необходимости, за счет этого экономится и электроэнергия (в среднем 30%, но особые модели до 60%).

От того, какая мощность кондиционера, зависит и уровень шума. У инверторов он ниже.

Сберегается ресурс кондиционера, он меньше изнашивается, ведь каждое включение и выключение уменьшает его «жизнь».

Плавное инверторное управление мощностью кондиционера позволяет поддерживать температуру в помещении с погрешностью в 0,5 градуса.

Оно дает возможность работать при более низких внешних температурах.

принцип работы, разновидности и области применения

Одна из самых значительных достижений 19-го века была связана не с землей или ресурсами, а с установлением типа электричества, которое все чаще стало внедряться в наши здания. Существует два вида тока: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Ученых всегда интересовала возможность преобразования одного вида в другой. Так появился инвертор.

История появления преобразователя

В конце 1800-х годов американский электрик-пионер Томас Эдисон (1847−1931) вышел из своей лаборатории, чтобы продемонстрировать, что постоянный ток (DC) является лучшим способом подачи электроэнергии, чем переменный ток (AC), который был новой системой, поддерживаемой его сербским соперником Николой Тесла (1856−1943). Эдисон пробовал всевозможные хитрые способы убедить людей в том, что AC слишком опасен: от электроочистки слона до поддержки использования переменного тока в электрическом стуле для управления смертной казнью. Несмотря на это, система Tesla выиграла тот день, и мир с тех пор довольно много работает на электросети.

Единственная проблема заключается в том, что, хотя многие из наших приборов предназначены для работы с переменным током, маломощные генераторы часто производят постоянный. Это означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от аккумуляторной батареи постоянного тока в мобильном доме, вам потребуется устройство, которое преобразует DC в AC-инвертор, как его называют.

Электричество постоянного и переменного тока

Когда преподаватели науки объясняют основную идею электричества как поток электронов, они обычно говорят о постоянном токе (DC). Мы узнаем, что электроны немного похожи на линию муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии так же, как муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для чего-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема (сплошная электрическая петля), соединяющая батарею, лампу и выключатель, а электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к лампе, пока вся энергия батареи истощается.

В больших бытовых приборах электричество работает по-другому. Источник питания, который поступает от розетки в стене, основан на переменном токе (AC), где электричество переключается в направлении 50−60 раз в секунду (другими словами, на частоте 50−60 Гц). Трудно понять, как AC доставляет энергию, когда он постоянно меняет свое мнение о том, куда он идет. Если электроны, выходящие из настенной розетки, добираются, скажем, на несколько миллиметров вниз по кабелю, тогда нужно обратить вспять направление и вернуться назад, как они когда-либо добираются до лампы на столе, чтобы та засветилась?

Ответ на самом деле довольно прост. Представьте, что между лампой и стеной заполнены электроны. Когда вы щелкаете на переключателе, все электроны, заполняющие кабель, вибрируют назад и вперед в нитях лампы — и это быстрое перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и лампа засвечивается. Электроны необязательно должны вращаться по кругу для переноса энергии: в АС они просто «бегут на месте».

Что предстваляет собой инвертор

Одним из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Вестингауза, босса Westinghouse Electrical Company) является то, что большинство приборов, которые мы имеем в наших домах, специально разработаны для работы от сети переменного тока. Приборы, нуждающиеся в постоянном токе, но потребляющие электроэнергию от розетки переменного, нуждаются в дополнительной части оборудования, называемой выпрямителем, как правило, из электронных компонентов, называемых диодами, для преобразования AC в DC.

Инвертор выполняет противоположную работу, и довольно легко понять ее суть. Предположим, у вас есть аккумулятор в фонарике, а переключатель закрыт, поэтому DC течет по цепи всегда в том же направлении, что и гоночный автомобиль вокруг дорожки. Теперь, если вы вытащите батарею и развернете ее, предполагая, что это соответствует другому способу, он почти наверняка все еще подаст свет, и вы не заметите какой-либо разницы в освещение, которое вы получаете, — но электрический ток будет протекать противоположным образом.

Предположим, у вас были молниеносные руки, и они были достаточно ловкими, чтобы переворачивать батарею 50−60 раз в секунду. Тогда бы вы стали своего рода механическим инвертором, превратив питание постоянного тока батареи в переменный на частоте 50−60 Гц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в электрических магазинах, работают не так, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные переключатели, которые быстро переключаются на текущее направление. Инверторы, подобные этому, часто производят так называемый прямоугольный выход: ток либо протекает в одну сторону, либо наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями.

Такие внезапные перемены направления опасны для некоторых видов электрооборудования. При нормальной мощности AC, он постепенно переходит с одной стороны в другую в виде синусоидальной волны.

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого рода плавно изменяющегося выхода переменного от входа постоянного тока. Они используют электронные компоненты, называемые индукторами и конденсаторами, для увеличения и снижения выходного тока, чем резкий, прямоугольный выходной сигнал включения / выключения, который вы получаете с помощью базового инвертора.

Инверторы также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного входного напряжения DC на совершенно другое выходное напряжение переменного (выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше входной мощности. Из закона сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не может выдавать больше энергии, чем они потребляют, и некоторая энергия должна быть потеряна как тепло, поскольку электричество протекает через различные электрические и электронные компоненты. На практике эффективность инвертора часто превышает 90 процентов, хотя базовая физика говорит нам, что какая-то часть энергии — какой бы она ни была — всегда где-то теряется.

Принцип работы устройства

Представьте, что вы аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вас вместо этого произвести переменный. Как бы вы это сделали? Если весь ток, который вы производите, вытекает в одном направлении, как насчет добавления простого переключателя на ваш выход? Включение и выключение вашего тока может очень быстро обеспечить импульсы DС, которые могли бы выполнять как минимум половину работы. Чтобы сделать правильный AC, вам понадобится переключатель, который позволит полностью отменить ток и сделать это примерно 50−60 раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, которая меняет контакты туда и обратно более 3000 раз в минуту.

По сути, старомодный механический инвертор сводится к коммутационному блоку, подключенному к трансформатору. А так как электромагнитные устройства, которые меняют низковольтный переменный на высоковольтный ток или наоборот, используя две катушки провода (называемые первичной и вторичной) ранами вокруг общего железного ядра.

В механическом инверторе либо электродвигатель, либо какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий ток вперед и назад в основном просто путем изменения контактов и генерирует переменный во вторичном режиме. Коммутационное устройство работает так же, как в электрическом дверном звонке. Когда питание подключено, оно намагничивает переключатель, вытягивает его и очень быстро отключает. Пружина снова вернет переключатель, включив его, и потом будет повторять процесс снова и снова.

Частота переключения задается сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

• Регулирование напряжения.
• Синхронизация частоты переключения ключей.
• Защитой их от перегрузок.

Классификация инверторов

Инверторы могут быть очень большими и массивными, особенно если они имеют встроенные батарейные блоки, поэтому они могут работать автономно. Они также генерируют много тепла, поэтому у них большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Самые маленькие инверторы — это более портативные коробки размером с автомобильное радио, которое вы можете подключить к гнезду прикуривателя, чтобы произвести AC для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Так же, как приборы различаются по мощности, которую они потребляют, инверторы различаются по мощности, которую они производят. Как правило, чтобы быть в безопасности, вам понадобится инвертор, рассчитанный на четверть выше максимальной мощности устройства, которое вы хотите использовать. Это позволяет предположить, что некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют максимальную мощность при первом включении. Хотя инверторы могут обеспечивать максимальную мощность в течение коротких периодов времени, важно отметить, что они не предназначены для работы на пиковой мощности в течение длительного времени.

По принципу действия инверторы делятся на:

• Автономные.
• Инверторы напряжения (АИН).
• Инверторы тока (АИТ).
• Резонансные инверторы (АИР).
• Зависимые (инверторы, ведомые сетью).

Здоровенные приборы в наших домах, которые используют большое количество энергии (такие вещи, как электрические нагреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники), не очень заботятся о том, какую форму волны они получают: все, что они хотят, это энергия и как можно больше. Электронные устройства, с другой стороны, намного более суетливы и предпочитают более плавный вход, который они получают от синуидальной волны.

• Многие инверторы работают как автономные устройства с аккумулятором, которые полностью независимы от сети.
• Другие, так называемые утилитарно-интерактивные инверторы или инверторы с привязкой к сетке, специально разработаны для подключения к сети все время. Как правило, они используются для передачи электроэнергии от чего-то вроде солнечной панели обратно в сеть с точно правильным напряжением и частотой.

Это прекрасно, если ваша главная цель — создать собственную силу. Но это не так полезно, если вы хотите иногда быть независимыми от сети, или вам нужен резервный источник питания в случае сбоя, потому что если ваше соединение с сетью опускается, и вы не производите электричество самостоятельно (например, это ночное время, и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже опускается, и вы полностью без энергии, независимо от того, генерируете ли вы свою силу или нет.

По этой причине некоторые люди используют бимодальные или двунаправленные устройства, которые могут работать как в автономном, так и в сетчатом режиме (хотя и не одновременно). Поскольку у них есть дополнительные части, они, как правило, более громоздки и дороже.

Крупные коммутационные устройства для применений передачи энергии, установленные до 1970 года, преимущественно использовали ртутно-дуговые клапаны. Современные инверторы обычно являются твердотельными (статические инверторы). Современный метод проектирования включает компоненты, расположенные в конфигурации моста H. Этот дизайн также довольно популярен среди небольших потребительских устройств.

Используя трехмерную печать и новые полупроводники, исследователи из Национальной лаборатории Oak Ridge Департамента энергетики создали инвертор мощности, который мог бы сделать электромобили более легкими, более мощными и более эффективными.

Инверторный электрогенератор: идеальная синусоида напряжения | Электрогенераторы | Блог

Инверторные электрогенераторы завоевывают все большую популярность. Оно и понятно — их ассортимент увеличивается, а стоимость приближается к обычным генераторам. Об их преимуществах над классическими наслышаны многие, кто хоть немного интересовался автономными электростанциями. Так в чем же заключаются их достоинства и насколько они хороши на самом деле?

Инверторный электрогенератор — что это?

В основе электрогенераторов положен принцип выработки электрической энергии за счет преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую путем вращения генератора переменного тока — альтернатора.

В бытовых моделях чаще всего применяют синхронные генераторы переменного тока. Генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены обмотки, с которых снимается вырабатываемое генератором переменное напряжение. На роторе же — несколько полюсов с магнитами. Это могут быть как электромагниты, так и постоянные магниты, например, мощные неодимовые. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, которое пронизывает обмотку статора, в результате чего в последней появляется электродвижущая сила, или, проще говоря, напряжение.

Схема классического электрогенераторабез инверторной технологии

Что же такое инверторные электростанции? Инвертор — это электронное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, в инверторных электростанциях выходное переменное напряжение получают не напрямую от генератора переменного тока, а от инверторного преобразователя. Но пытливый читатель, вероятно, заметил, что инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А где же его взять, если с обмоток статора снимается переменное напряжение? Все правильно, от генератора переменного тока получается переменное напряжение. Для получения же постоянного напряжения используют выпрямители.

Схема электрогенератора с использованиемнезависимого формирователя выходного напряжения

Если в электростанции отсутствует инверторный преобразователь (далее будем называть такие электростанции классическими), то необходимое напряжение снимается напрямую с обмоток статора.

Зачем же так все усложнять, если можно просто подключить необходимое электрооборудование к обмотке статора генератора переменного тока и завести двигатель. На то есть, как минимум, три веские причины:

1. Требуется не абы какое переменное напряжение, а с вполне определенными контролируемыми характеристиками.
2. А еще требуется легкое и компактное устройство в целом.
3. И было бы очень неплохо, чтобы это устройство поглощало как можно меньше горючего.

Думается, что эти причины стоят того, что бы немного заморочиться. Начнем с самого важного — характеристик переменного напряжения, требуемого для питания электроприборов.

Характеристики переменного напряжения

Какими же характеристиками должен обладать электрический ток, получаемый от автономной электростанции?

Пойдем простым логическим путем — если к электростанции планируется подключать бытовые электроприборы, то электрическое напряжение, получаемое от автономной электростанции, должно иметь те же характеристики, что и напряжение в обычной розетке.

Согласно ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения», основные характеристики напряжения в бытовой электросети должны удовлетворять следующим значениям:

• номинальное значение напряжения — 220 Вольт,
• допустимое отклонение от номинального напряжения — ±10%,
• номинальное значение частоты напряжения — 50 Гц,
• допустимое отклонение частоты — ±5 Гц (для автономных систем электроснабжения).

Форма напряжения должна быть синусоидальной с минимальными искажениями. «Качество» синуса определяется уровнем гармонических искажений.

Допустимый уровень гармонических искажений по напряжению не должен превышать 8 %. Зачастую именно искажения формы напряжения, которую выдают автономные электростанции, является причиной плохой работы, а то и вовсе неработоспособности подключаемого электрооборудования.

Синусоидальный сигнал «высокого качества» можно посмотреть на экране осциллографа, подключив его к выходу специального генератора сигналов, который предназначен для тестирования различных устройств.

Синусоидальный сигнал частотой 50 Гц на экране осциллографа Hantek DSO5202P, полученный со специального генератора сигналов

Можно оценить и частотный спектр этого сигнала. Например, используя программу SpectraPlus и звуковую карту Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio SB0790, можно получить вот такой график и значение коэффициента гармоник, которое в данном случае не превышает 0,03 %.

Частотный спектр сигнала, полученного со специального генератора

С точки зрения ценителей хорошего звука данную форму напряжения нельзя назвать идеальной, а вот инженер-электрик наверняка посчитает такую форму напряжения образцовой.

Некоторые электронные приборы и электрооборудование допускают электропитание с худшими характеристиками, чем указано в ГОСТе, но если требуется «универсальный» электрогенератор, к которому можно было бы подключать любые устройства, не задумываясь о последствиях, то характеристики его напряжения должны быть максимально приближены к требованиям ГОСТа.

А что творится в обычной розетке?

Чтобы понимать, о чем идет речь и какие в реальности основные параметры напряжения в бытовой электросети, были проведены их измерения.

Форма напряжения частотой 50 Гц в бытовой электросети

Спектр напряжения в бытовой электросети

По результатам измерений коэффициент гармоник (уровень гармонических искажений) по напряжению в бытовой электросети составил около 3.4 %, что полностью укладывается в требования ГОСТа. Изменения напряжения в течение двух часов не превышали допуски, указанные в ГОСТ.

Изменение напряжения в бытовой электросети в течение двух часов

Изменения частоты напряжения в бытовой электросети минимальны и не превышают 0,05 Гц.

Изменение частоты напряжения в бытовой электросети в течение 1 часа

Такая точность необходима в большей степени для синхронизации промышленных электрогенераторов, установленных на ТЭЦ, ГЭС, АЭС и прочих электростанциях. Для бытовых потребителей электроэнергии такая точность, как правило, избыточна. Поэтому в ГОСТе отдельно указаны допуски на отклонение частоты для автономных систем электроснабжения, значения которых составляют ±5 Гц.

С качеством электрической энергии разобрались, вернемся к электрогенераторам.

Классическая автономная электростанция

Для того, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками, в классической электростанции необходимо выполнить несколько условий.

У синхронных генераторов частота выходного напряжения пропорциональна частоте вращения ротора. Если вращать ротор со скоростью 1500 оборотов в минуту, то на выходе получим напряжение частотой 50 Гц. При этом ротор должен быть двухполюсным, то есть иметь два магнита, закрепленных на противоположных сторонах оси ротора. Для двигателя внутреннего сгорания 1500 об/мин — это оптимальное значение, поэтому ось ротора напрямую соединяется с осью коленчатого вала двигателя. Теперь требуется тщательно следить за оборотами двигателя и поддерживать их на заданном уровне для обеспечения стабильной частоты получаемого переменного напряжения.

Нужную частоту получили, теперь разберемся с напряжением на выходе. Альтернатор, по сути, является источником тока, а не напряжения, поэтому выходное напряжение при условии постоянства оборотов будет зависеть от величины нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше напряжение.

А еще выходное напряжение зависит от величины вращающегося магнитного поля, которое создают магниты на роторе. Силу магнитного поля можно менять, если установить на роторе электромагниты. Теперь, меняя ток в обмотках электромагнитов, можно регулировать выходное напряжение альтернатора. Так как ротор вращается, то для подачи тока в его обмотки применяют скользящие контакты — щетки. Устройство, которое поддерживает выходное напряжение генератора на уровне 220–230 В путем непрерывной регулировки тока в обмотках ротора, называется автоматическим регулятором напряжения (automatic voltage regulator — AVR). Без AVR синхронные генераторы в автономных электростанциях не применяются. Данные устройства чаще всего устанавливаются в корпусе альтернатора и выглядят примерно так.

Автоматический регулятор напряжения (AVR)

А вот так выглядит типичный альтернатор, установленный на классической автономной электростанции.

Типичный синхронный альтернатор мощностью 2,2 кВт. Сверху со снятой задней крышкой и демонтированным AVR, снизу вид сбоку с ориентировочными размерами

Как видно на фото, конструкция довольно громоздкая. Альтернатор сопоставим по размерам с применяемым двигателем внутреннего сгорания. При частоте выходного напряжения в 50 Гц и используемому принципу поддержания выходного напряжения на должном уровне уменьшить габариты альтернатора практически не возможно.

Характеристики напряжения в классическом электрогенераторе

Форма выходного напряжения классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.

Нагрузка 100 Вт                      Нагрузка 900 Вт                   Нагрузка 1700 Вт

Форма выходного напряжения на выходе классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт

Нетрудно заметить, что форма напряжения отличается от «идеальной» синусоиды. Частотные спектры сигналов и значения коэффициента гармоник показаны ниже на графиках.

Нагрузка 100 Вт                                       Нагрузка 900 Вт

Нагрузка 1700 Вт

При мощностях нагрузки 900 и 1700 Вт коэффициент гармоник превышает требования ГОСТа.

Далее показана зависимость выходного напряжения от величины нагрузки.

Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки

Что интересно, при увеличении нагрузки выходное напряжение генератора даже немного повышается. Это особенности работы AVR. В целом значение выходного напряжения достаточно стабильно. Тут некоторую озабоченность вызывают кратковременные всплески напряжения в моменты подключения нагрузки. Особенно это заметно, если к ненагруженному генератору сразу подключить довольно мощную нагрузку. В данном случае в момент подключении к генератору нагрузки в 1700 Вт сразу наблюдается провал напряжения на 9-10 вольт, затем кратковременный подъем на 11-12 вольт. Это результат работы системы AVR и системы автоматического поддержания оборотов двигателя, которые имеют естественную инерционность и не могут мгновенно производить регулировку.

А вот так меняется частота выходного напряжения при подключении нагрузки разной мощности.

Зависимость частоты выходного напряжения от величины нагрузки

При работе электростанции без нагрузки или при малой нагрузке частота напряжения немного завышена относительно номинального значения (50 Гц), это сделано умышлено, так как при номинальной нагрузке обороты двигателя в любом случае упадут даже при задействованной автоматической регулировке оборотов. А для электрооборудования незначительное повышение частоты питающего напряжения менее вредно, чем ее понижение, в особенности для устройств с трансформаторным питанием. При снижении частоты у трансформаторов увеличивается ток холостого хода, а значит и нагрев.

Как бы то ни было, характеристики напряжения исследуемой классической электростанции вполне удовлетворяют требованиям ГОСТа, за исключением гармонических искажений выходного напряжения. Но для большинства оборудования это вполне допустимо.

Инверторная автономная электростанция

В инверторных электростанциях тоже используется синхронный генератор переменного тока. Но его конструкция отличается от тех, которые используются в классических электростанциях.

Какие же требования предъявляются к генератору переменного тока инверторной электростанции, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками? А требования эти очень лояльные, так как формированием нужных характеристик выходного напряжения занимается инверторный преобразователь, а не альтернатор. В этом и кроется ключевое отличие инверторных электростанций от классических.

Самое интересное заключается в том, что становится не важно, какая частота напряжения будет на выходе альтернатора, так как напряжение будет преобразовано в постоянное, а у него частота как параметр отсутствует в принципе. Это дает возможность применения многополюсного генератора с внешним ротором, обмотки которого работают на повышенной частоте (примерно 400–600 Гц).

Отпадает необходимость в роторе с обмоткой для создания электромагнита. Блок AVR тоже становится лишним. Ведь уровень напряжения, необходимый для питания инвертора можно регулировать, изменяя обороты двигателя. Поэтому на роторе можно установить постоянные магниты. Все эти конструктивные особенности значительно уменьшают размеры и вес альтернатора.

Синхронный многополюсный альтернатор с внешним ротором на постоянных магнитах мощностью 1,25 кВт

Показанная на фото инверторная электростанция имеет в составе два многополюсных генератора переменного тока, которые установлены по обе стороны коленчатого вала. В результате параллельной работы двух альтернаторов номинальная мощность электростанции составляет 2,5 кВт.

А вот так выглядит типичный блок формирователя выходного напряжения, в составе которого установлен выпрямитель и, собственно, инвертор. Размеры данного блока 175х130х80 мм.

Характеристики напряжения инверторного электрогенератора

Форма выходного напряжения инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.

Форма выходного напряжения на выходе инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт

Форма напряжения близка к «идеальной» синусоиде. Измерения коэффициента гармоник показали отличные результаты. Уровень искажений меньше, чем в бытовой электросети и в несколько раз меньше требований ГОСТа.

Нагрузка 100 Вт                                       Нагрузка 900 Вт

Нагрузка 1700 Вт

Уровень гармоник выходного напряжения инверторной электростанциипри разных величинах нагрузки

Далее показана зависимость выходного напряжения от подключаемой нагрузки.

Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки

При увеличении нагрузки напряжение уменьшается, но незначительно. Наблюдаются провалы напряжения в моменты подключения нагрузки. Более всего это заметно при резком увеличении нагрузки с нуля. Такие провалы объясняются конкретными схемотехническими решениями при разработке инвертора и в разных реализациях могут отличаться по величине.

А вот если посмотреть на график частоты выходного напряжения от нагрузки, то увидим ровненькую горизонтальную линию. При этом нагрузка к генератору подключалась аналогично предыдущему графику. Такие стабильные параметры являются следствием того, что инверторный преобразователь имеет свой собственный задающий электронный генератор, и его частота никак не зависит от оборотов двигателя.

Параметры напряжения инверторной электростанции полностью удовлетворяют требованиям ГОСТа. Отличительной особенностью являются малые гармонические искажения выходного напряжения и высокая стабильность частоты.

В каждой бочке бывает ложка…

Нельзя не отметить одну особенность инвертора, которой пользуются производители, чтобы удешевить его конструкцию. Дело в том, что по определению инвертор — это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное. При этом речь не идет о форме этого переменного напряжения. Синусоидальную форму выходного напряжения чисто технически получить несколько сложнее, чем прямоугольную. В результате некоторые производители устанавливают на свои электростанции инверторы, которые вместо синуса дают прямоугольные импульсы частотой 50 Гц, при этом их ширина и амплитуда подобраны таким образом, что дают среднеквадратическое значение напряжения как раз в 220–230 В. Все это называют ступенчатой аппроксимацией синусоиды. Ниже показана форма выходного напряжения инверторной электростанции с выходным напряжением в виде как раз той самой ступенчатой аппроксимации.

Форма выходного напряжения инверторной электростанции со ступенчатой аппроксимацией синусоиды

Да, некоторое оборудование вполне сносно переваривает такую форму напряжения, но называть такую электростанцию универсальной для питания любого электрооборудования было бы опрометчиво. Сложно гарантировать стабильную и безотказную работу оборудования, подключенного к такому электрогенератору. Либо надо знать, что подключаемое оборудование допускает работу от напряжения такой формы.

К сожалению, производители зачастую умалчивают об этом параметре, но зато громко заявляют, если их изделие выдает «чистый» синус.

Что в итоге?

Основным преимуществом инверторных электростанций является малый вес и габариты. В среднем инверторная электростанция в 1,5-2 раза легче и меньше классической. Такие показатели удалось достичь благодаря применению многополюсного генератора переменного тока с внешним ротором на постоянных магнитах и работающего на повышенной частоте. А применяется такой генератор как раз из-за независимого формирователя выходного напряжения — инвертора. Ко всему прочему все эти технические решения увеличивают КПД электрогенератора, что уменьшает потребление горючего двигателем.

Что касается качества выходного напряжения, то тут неоспоримым преимуществом инвертора по сравнению с классической электростанцией является низкий уровень искажений формы выходного напряжения. На выходе практически идеальная синусоида (если, конечно, не попался инвертор с аппроксимацией). Тоже можно сказать и о стабильности частоты. Такие параметры позволяют использовать инверторную электростанцию для питания любого оборудования, не опасаясь негативных последствий.

Стабильность напряжения инверторной электростанции ничем не выделяется на фоне этого же параметра классического электрогенератора. И у того, и другого устройства этот параметр находится на должном уровне и зависит от применяемых решений при разработке и изготовлении AVR или инвертора.

что эты такое, как работает, как устроен

В последние годы появляется много новых технологий. Одно из последних веяний – инверторный двигатель, который стали ставить в крупной бытовой технике. Обещают при этом достаточно, но всё ли правда. 

Содержание статьи

Что такое инверторный двигатель

Значительная часть техники имеет в своём составе электродвигатели и очень желательно чтобы двигатели имели разную скорость вращения. Этим они обеспечивают разные режимы работы и чем больше различных скоростей, тем лучше. Вообще, скорость двигателя изменять можно двумя способами – изменяя частоту или напряжение. Ранее, до появления инверторных двигателей, её меняли при помощи реостата, то есть изменяли напряжение. Пределы изменений были небольшие и плавной регулировки почти не получалось. Плавно регулировать скорость позволяли только коллекторные двигатели. Но они на больших оборотах имеют малый момент, что ограничивает их применение. К тому же имеют коллектор, так что не слишком долговечны и надёжны.

Основное отличие – возможность регулировать скорость в больших пределах

Пару десятилетий тому назад, с развитием полупроводниковых приборов, активно стали применять частотные преобразователи. Эти устройства позволяют изменять частоту и напряжение в широких пределах, это от 1 Гц до 500 Гц. То есть, инверторный двигатель получает питание не напрямую от сети, а со встроенного в него преобразователя. В зависимости от текущего режима работы он формирует напряжение требуемой частоты и/или уровня. То есть, инверторный двигатель — это, как минимум, два устройства в одном корпусе: частотный преобразователь и сам двигатель.

Инверторными могут быть два типа двигателей: асинхронные и коллекторные постоянного тока. Использование этой технологии позволяет получить широкий диапазон скоростей и возможность точного поддержания скорости. Также, инверторный блок может повышать/понижать напряжение, что позволяет получить требуемый крутящий момент. Всё это, безусловно, в определённых пределах, но общие характеристики инверторных электродвигателей становятся значительно лучше. Правда и цена на них тоже значительно выше, как и сложность управления.

Основные моменты работы преобразователя

Инверторный преобразователь меняет напряжение в несколько этапов:

• Выпрямляет сетевое напряжение, получая постоянное (обычно стоит диодный полумост или мост).
• Из постоянного напряжения формирует двухполюсные импульсы (положительные и отрицательные). Это блок называют инвертором, что и дало название самому принципу, блоку и мотору со встроенным преобразованием.

Вот на этом этапе и формируется требуемая частота и напряжение питания, которое затем и подаётся на двигатель. У некоторых инверторов есть ещё одна ступень преобразования, на которой ступенчатые импульсы превращаются в синусоиду. Так как форма напряжения на работу мотора влияния почти не оказывает, этот блок в инверторных двигателях отсутствует.

Блок схема частотного преобразователя и способ его подключения к двигателю

В «умной» технике, работой которой управляет микропроцессор, он задает параметры напряжения, регулируя скорость вращения в зависимости от программы или от состояния техники. Сам принцип работы двигателя от наличия инвертора не зависит, но этот дополнительный блок дает возможность управлять работой электромотора в широких пределах.

Особенности применения

Частотный преобразователь включают, в основном, с асинхронными двигателями. Они недороги, надёжны, экономичны. Модели с короткозамкнутым ротором бесколлекторные, что делает их ещё более привлекательными. Имеют асинхронные двигатели два недостатка, которые как раз, инвертором и устраняются. Первый существенный недостаток – высокий пусковой ток. Он может быть в 3-7 раз больше номинального. Кроме того, резкий старт с подачей питания 220/380 В ведёт к перегрузке, а значит и к быстрому износу мотора. Установив частотный преобразователь, при пуске переводим переключатель на минимум и постепенно доводим обороты до нужного значения. Пусковой ток при этом минимальный, а разгон плавный. Ни пусковые токи, ни перегрузки не страшны.

Платой за точное регулирование скорости является более сложное управление

Второй отрицательный момент – регулировать скорость вращения ротора в асинхронных двигателях получается слабо, но это без инвертора. Инверторный асинхронный двигатель позволяет изменять скорость от десятков оборотов в минуту, до тысяч. И всё это плавно, без перегрузок.

Но инверторный двигатель значительно дороже «обычного» с точно такими же характеристиками. Дело в дополнительном оборудовании, причём совсем недешёвом, но использование этой технологии имеет свои плюсы.

В кондиционерах

Как работает обычный кондиционер? Компрессор в нём то включается, то выключается. Температура стала на градус выше заданной, компрессор включился, работает пока она не станет на один градус ниже заданного предела. Включается снова, когда температура снова окажется ниже предела. И каждое включение/включение – это стартовый ток, перегрузки.

Как работает кондиционер с инверторным мотором и обычным

Если в кондиционере стоит инверторный преобразователь, он просто задаёт скорость работы компрессора так, чтобы температура сохранялась. Это снижает расход электричества (нет пусковых многократно возросших токов), оборудование работает в щадящем режиме без перегрузок, что продлевает срок эксплуатации.

В стиральных машинах

Используют инверторные моторы и в стиральных машинах. В стиральных машинах «обычного» класса ставят коллекторные электродвигатели. Они могут разгоняться до высоких скоростей (до 10000 об/ми), имеют хороший крутящий момент на больших скоростях. Их минус – повышенный уровень шумов, так как, кроме ремённой передачи шумят еще и сами щётки. Как их не притирай, коллекторный узел всё равно шумит. И чем больше скорость вращения, тем выше уровень шумов. И он имеет высокую тональность, так что с ним достаточно сложно мириться.

Инверторный двигатель имеет небольшой размер и солидную мощность, но так ли важно это в корпусной технике

Последние годы появились стиральные машины с очень низким уровнем шума. В них установлены асинхронные двигатели с инверторным блоком. Раньше асинхронники не использовались, так как максимально могут развивать скорость до 3000 оборотов, что для нормального отжима недостаточно. Этот недостаток удалось обойти используя инвертор на входе. Он позволяет увеличить скорость электродвигателя до солидных величин. В двигателях нового поколения используется особый ротор – цельнолитой, это позволило уменьшить размеры двигателя. А так как в этих моторах нет коллектора и щёток, то и шумят они при работе совсем незначительно. Частотная регуляция скорости вращения позволяет точно контролировать число оборотов.

Если вы готовы платить за тихую работу — пожалуйста

Но платой за всё это является более сложное управление. Для управления инверторным электродвигателем в стиральной машине стоит отдельная плата. И ее стоимость равна 1/3 или 1/4 стоимости всей машины. Вот в этом случае стоит хорошо подумать, стоит ли покупать стиральную машину с инверсионным двигателем или нет. Слишком дорогой ремонт, да и стоимость самого агрегата значительно выше. А то, что на двигатель дают 10 лет гарантии так это не на плату, а на сам мотор. А в плюсах только более тихая работа.

Холодильники и морозильные камеры с инверторными компрессорами

В холодильниках используется такой же способ поддержания температуры, как и в кондиционерах. В камере холодильника расположен термодатчик, который через контакты включает и выключает компрессор. Точность поддержания температуры зависит от типа термодатчика, но обычно составляет несколько градусов, от трех до пяти. При такой работе приличествуют все «прелести»: многократные пусковые токи при включении, скачки напряжения сети, спровоцированные включением/выключением компрессора, шум.

В холодильниках и морозилках применение инверторных двигателей оправдано

Холодильник с инверторным двигателем работает тише, так как нет резкого пуска. Компрессор начинает работать с малых оборотов и постепенно выходит на нормальную скорость. Частота его работы зависит от температуры в камерах, но двигатель останавливается очень редко. Он, то работает на минимальных оборотах и тогда его почти неслышно даже вблизи, то чуть добавляет скорости, и его можно услышать. Этот режим работы более благоприятен для двигателя, он работает без пусковых перегрузок. И как ни странно, потребляют такие моторы меньше электроэнергии, снова-таки за счёт отсутствия пусковых токов. Ведь «обычный» компрессор включается каждые пять-десять минут. Превышение нормативного расхода – 4-8 раз. Вот за счёт этого и достигается экономия. Так что инверторный электродвигатель в холодильнике тоже оправдан, ну и плюсом, идет более тихая работа.

Недостатки инверторных моторов

Основной недостаток инверторных двигателей – их цена. Да, но она оправдана, так как в движке имеются, по сути два устройства, частотный преобразователь (который сам стоит немало) и двигатель. Но технология эта несёт определенные выгоды: снижение расхода электроэнергии за счёт минимизации пусковых токов, более широкий диапазон регулировок скорости, увеличение срока эксплуатации (за счёт отсутствия пусковых перегрузок). Это всё понятно, но есть и минусы и ограничения, о которых не так часто говорят.

Инверторная технология хороша для стабилизации напряжения, попутно она ещё решает другие задачи

• Не все моторы нормально реагируют на работу с низкими оборотами. Если такой режим будет длительным, лучше искать специальные модели под низкие обороты.
• Каждый двигатель имеет максимальную скорость, которую лучше не превышать. Она указана на шильдике двигателя и выше скорость лучше не задавать.
• На максимальных оборотах обычно падает крутящий момент. То есть, с повышением оборотов надо снижать нагрузку.
• При выходе из строя инверторного двигателя ремонт обойдётся дороже, даже если «полетела» часть, с инвертором никак не связанная. Для определения неисправности необходим более квалифицированный специалист (должен же он решить, что инвертор в порядке), а стоимость услуг его выше.

Как видим, инверторный двигатель неидеальное решение, но довольно неплохое. Основной плюс – широкий диапазон регулирования скорости двигателя, точное поддержание этой скорости. Для асинхронных двигателей применение инверторной технологии означает ещё и минимизация пусковых токов и перегрузок. В общем, инверторный двигатель хорош там, где двигатели часто включаются/отключаются. Это холодильники, кондиционеры, станки, транспортёры и другое оборудование, которое ранее работало на асинхронных двигателях.

Не во всей технике установка инвертора необходима

Ещё инверторные двигатели (или частотные преобразователи к обычному двигателю) стоит применять там, где от производительности/скорости зависит эффективность работы. Например, подающие насосы, которые должны поддерживать определённое давление в сети и должны реагировать/плавно изменять скорость. Ещё инверторный двигатель может быть важен в подъёмной технике. Как пример, для откатных или подъёмных ворот. Возможность изменять скорость и развивать хорошее усилие на малых оборотах важно.

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.

Еще статьи по данной теме

Различные типы инверторов и их применение

Источник переменного тока (AC) используется почти для всех жилых, коммерческих и промышленных нужд. Но самая большая проблема с AC заключается в том, что его нельзя сохранить для будущего использования. Таким образом, переменный ток преобразуется в постоянный, а затем постоянный ток сохраняется в батареях и сверхконденсаторах. И теперь всякий раз, когда требуется переменный ток, постоянный ток снова преобразуется в переменный для работы устройств на базе переменного тока. Итак, устройство , которое преобразует постоянный ток в переменный, называется инвертором .Инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный переменный. Это изменение может заключаться в величине напряжения, количестве фаз, частоте или разности фаз.

Классификация инвертора

Инвертор

можно разделить на множество типов в зависимости от мощности, источника, типа нагрузки и т. Д. Ниже приводится полная классификация схем инвертора:

(I) В соответствии с выходной характеристикой

1. Инвертор прямоугольной формы
2. Инвертор синусоидальной волны
3. Инвертор с модифицированной синусоидой

(II) По источнику инвертора

1. Инвертор источника тока
2. Инвертор источника напряжения

(III) По типу нагрузки

1. Однофазный инвертор
   
   1. Полумостовой инвертор
   2. Полномостовой инвертор
2. Трехфазный инвертор
   
   1. 180-градусный режим
   2. 120-градусный режим

(IV) Согласно другой методике ШИМ

1. Простая широтно-импульсная модуляция (SPWM)
2. Множественная широтно-импульсная модуляция (MPWM)
3. Синусоидальная широтно-импульсная модуляция (SPWM)
4. Модифицированная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (MSPWM)

(В) По количеству выходных уровней

1. Обычный двухуровневый инвертор
2. Многоуровневый инвертор

Теперь обсудим их все по порядку.Вы можете проверить образец схемы инвертора переменного тока от 12 В до 220 В здесь.

(I) Согласно выходным характеристикам

Согласно выходной характеристике инвертора может быть три различных типов инверторов .

• Преобразователь прямоугольной формы
• Инвертор синусоидальной волны
• Инвертор с модифицированной синусоидой

1) Преобразователь прямоугольной формы

Форма волны выходного напряжения для этого инвертора — прямоугольная.Этот тип инвертора наименее используется среди всех других типов инверторов, потому что все устройства предназначены для питания синусоидальной волны. Если мы подадим прямоугольную волну на устройство на основе синусоидальной волны, оно может выйти из строя или потери будут очень высокими. Стоимость этого инвертора очень низкая, но он применяется очень редко. Его можно использовать в простых инструментах с универсальным двигателем.

2) Синусоидальная волна

Выходной сигнал напряжения представляет собой синусоидальную волну, и он дает нам выходной сигнал, очень похожий на выходной сигнал электросети.Это главное преимущество этого инвертора, потому что все устройства, которые мы используем, рассчитаны на синусоидальную волну. Так что это идеальный результат, который гарантирует исправную работу оборудования. Этот тип инверторов более дорогой, но широко используется в жилых и коммерческих помещениях.

3) Модифицированная синусоида

Конструкция этого типа инвертора сложна, чем простой прямоугольный инвертор, но проще по сравнению с синусоидальным инвертором.Выходной сигнал этого инвертора не является ни чистой синусоидой, ни прямоугольной волной. Выход такого инвертора представляет собой часть из двух прямоугольных волн. Форма выходного сигнала не совсем синусоидальная, но напоминает форму синусоидальной волны.

(II) По источнику инвертора

• Инвертор источника напряжения
• Инвертор источника тока

1) Инвертор источника тока

В CSI вход является источником тока.Этот тип инверторов используется в промышленных приложениях среднего напряжения, где требуется получение высококачественных сигналов тока. Но CSI не популярны.

2) Инвертор источника напряжения

В VSI вход является источником напряжения. Этот тип инвертора используется во всех приложениях, поскольку он более эффективен, имеет более высокую надежность и более быстрый динамический отклик. VSI может работать с двигателями без снижения номинальных характеристик.

(III) По типу нагрузки

• Однофазный инвертор
• Трехфазный инвертор

1) однофазный преобразователь

Как правило, бытовая и коммерческая нагрузка использует однофазное питание.Однофазный инвертор используется для этого типа приложений. Однофазный инвертор делится на две части;

• Однофазный полумостовой инвертор
• Однофазный мостовой инвертор

A) Однофазный полумостовой инвертор

Этот тип инвертора состоит из двух тиристоров и двух диодов, подключение показано на рисунке ниже.

В этом случае полное постоянное напряжение равно Vs и разделено на две равные части Vs / 2.Время одного цикла T сек.

На полупериод 0

Для второго полупериода T / 2

  Vo = Vs / 2  

С помощью этой операции мы можем получить форму волны переменного напряжения с частотой 1 / T Гц и пиковой амплитудой Vs / 2.Форма выходного сигнала — прямоугольная волна. Он будет пропущен через фильтр и удалит нежелательные гармоники, которые дадут нам чистый синусоидальный сигнал. Частоту сигнала можно регулировать с помощью времени включения (Ton) и времени выключения (Toff) тиристора.

Величина выходного напряжения составляет половину напряжения питания , а период использования источника составляет 50%. Это недостаток полумостового инвертора и решением этой проблемы является полумостовой инвертор .

B) Однофазный мостовой инвертор

В инверторах этого типа используются четыре тиристора и четыре диода.Принципиальная схема однофазного полного моста показана на рисунке ниже.

За один раз два тиристора T1 и T2 проводят первый полупериод 0

Для второго полупериода T / 2

Здесь мы можем получить выходное напряжение переменного тока, такое же, как напряжение питания постоянного тока, а коэффициент использования источника равен 100%.Форма волны выходного напряжения имеет прямоугольную форму, и фильтры используются для ее преобразования в синусоидальную волну.

Если все тиристоры проводят одновременно или в паре (T1 и T3) или (T2 и T4), то происходит короткое замыкание источника. Диоды включены в схему как диод обратной связи, поскольку он используется для передачи энергии к источнику постоянного тока.

Если мы сравним полномостовой инвертор с полумостовым инвертором, для данной нагрузки напряжения питания постоянного тока выходное напряжение в два раза больше, а выходная мощность в четыре раза больше в полномостовом инверторе.

2) Трехфазный мостовой инвертор

В случае промышленной нагрузки используется трехфазный источник питания переменного тока, а для этого мы должны использовать трехфазный инвертор. В инверторах этого типа используются шесть тиристоров и шесть диодов, которые подключены, как показано на рисунке ниже.

Он может работать в двух режимах в зависимости от степени стробирующих импульсов.

• Режим 180 градусов
• 120-градусный режим

A) Режим 180 градусов

В этом режиме работы время проводимости тиристора составляет 180 градусов.В любой момент времени три тиристора (по одному тиристору от каждой фазы) находятся в режиме проводимости. Форма фазного напряжения — это три ступенчатых сигнала, а форма линейного напряжения — квазиквадратная волна, как показано на рисунке.

  Vab = Va0 - Vb0 
  Vbc = Vb0 - Vc0 
   Vca  = Vc0 - Va0  

В этой операции временной промежуток между коммутацией выходного тиристора и проводимостью входящего тиристора равен нулю.Таким образом, возможно одновременное включение входящего и выходящего тиристора. Это приводит к короткому замыканию источника. Чтобы избежать этой трудности, используется 120-градусный режим работы.

B) Режим 120 градусов

В этой операции одновременно работают только два тиристора. Одна из фаз тиристора не подключена к положительной клемме и не подключена к отрицательной клемме. Время проводимости для каждого тиристора составляет 120 градусов. Форма линейного напряжения представляет собой трехступенчатую форму волны, а форма фазного напряжения — квазиквадратную форму волны.

Форма сигнала линейного напряжения, фазного напряжения и импульса затвора тиристора показана на рисунке выше.

В любых силовых электронных переключателях есть два типа потерь; потери проводимости и потери переключения . Потеря проводимости означает потерю состояния включения в переключателе, а потеря коммутации означает потерю состояния выключения в переключателе. Обычно потери проводимости больше, чем потери переключения в большинстве операций.

Если рассматривать 180-градусный режим для одной 60-градусной операции, три переключателя разомкнуты, а три переключателя замкнуты. Означает, что общие потери равны трехкратным потерям проводимости плюс трехкратным потерям при переключении.

  Полная потеря на 180 градусов = 3 (потеря проводимости) + 3 (потеря переключения)  

Если мы рассмотрим 120-градусный режим для одной 60-градусной операции, два переключателя разомкнуты, а остальные четыре переключателя замкнуты. Означает, что общие потери равны двукратным потерям проводимости плюс четырехкратным потерям при переключении.

  Суммарные потери при 120 градусах = 2 (потери проводимости) + 4 (потери переключения)  

(IV) Классификация по методике контроля

• Модуляция одиночной ширины импульса (одиночная ШИМ)
• Множественная широтно-импульсная модуляция (MPWM)
• Синусоидальная широтно-импульсная модуляция (SPWM)
• Модифицированная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (MSPWM)

Выходной сигнал инвертора — прямоугольный сигнал, и этот сигнал не используется для нагрузки.Метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) используется для управления выходным напряжением переменного тока. Это управление достигается путем управления периодом включения и выключения переключателей. В методе ШИМ используются два сигнала; один — опорный сигнал, второй — треугольный сигнал несущей. Стробирующий импульс для переключателей генерируется путем сравнения этих двух сигналов. Существуют разные типы методов ШИМ.

1) Модуляция одиночной ширины импульса (одиночная ШИМ)

Для каждого полупериода в этой методике управления доступен единственный импульс.Опорный сигнал представляет собой сигнал прямоугольной формы, а сигнал несущей — сигнал треугольной формы. Отпирающий импульс для переключателей генерируется путем сравнения опорного сигнала и сигнала несущей. Частота выходного напряжения управляется по частоте опорного сигнала. Амплитуда опорного сигнала Аг и амплитуда сигнала несущей Ас, то индекс модуляции может быть определен как Ar / Ac. Главный недостаток этой техники — высокое содержание гармоник.

2) Множественная широтно-импульсная модуляция (MPWM)

Недостаток метода широтно-импульсной модуляции решается за счет использования множественной ШИМ.В этом методе вместо одного импульса в каждом полупериоде выходного напряжения используется несколько импульсов. Ворот генерируется путем сравнения опорного сигнала и сигнала несущей. Выходная частота регулируется путем управления частотой несущего сигнала. Индекс модуляции используется для управления выходным напряжением.

Количество импульсов за полупериод = fc / (2 * f0)

Где fc = частота несущего сигнала

f0 = частота выходного сигнала

3) Синусоидальная широтно-импульсная модуляция (SPWM)

Этот метод управления широко используется в промышленных приложениях.В обоих вышеупомянутых методах опорный сигнал представляет собой прямоугольный сигнал. Но в этом методе опорным сигналом является синусоидальный сигнал. Отпирающий импульс для переключателей генерируются путем сравнения опорного синусоидального сигнала волны с треугольной несущей волной. Ширина каждого импульса зависит от амплитуды синусоидальной волны. Частота выходного сигнала такой же, как частота опорного сигнала. Выходное напряжение представляет собой синусоидальную волну, а среднеквадратичное напряжение можно контролировать с помощью индекса модуляции.Формы сигналов показаны на рисунке ниже.

4) Модифицированная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (MSPWM)

Из-за характеристики синусоидальной волны, ширина импульса волны не может быть изменена с изменением индекса модуляции в методе SPWM. По этой причине введена техника MSPWN. В этом методе несущий сигнал применяется в течение первого и последнего 60-градусного интервала каждого полупериода. Таким образом улучшаются его гармонические характеристики.Основное преимущество этого метода — увеличенная основная составляющая, уменьшенное количество переключаемых силовых устройств и уменьшенные потери переключения. Форма волны показана на рисунке ниже.

(В) По количеству уровней на выходе

• Обычный двухуровневый инвертор
• Многоуровневый инвертор

1) Обычный двухуровневый преобразователь

Эти инверторы имеют на выходе только уровни напряжения: положительное пиковое напряжение и отрицательное пиковое напряжение.Иногда наличие нулевого уровня напряжения также называют двухуровневым инвертором.

2) Многоуровневые преобразователи

Эти инверторы могут иметь несколько уровней напряжения на выходе. Многоуровневый инвертор разделен на четыре части.

— Летающий конденсатор инвертора

— Инвертор с диодным зажимом

— Гибридный инвертор

— Инвертор каскадного типа H

Каждый инвертор имеет свою собственную конструкцию для работы, здесь мы кратко объяснили эти инверторы, чтобы получить общее представление о них.

.

Как инверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменный?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 17 августа 2020 г.

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

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

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

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

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

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

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

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

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

Что такое инвертор?

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

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

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

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не работают.
таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные
Включает и выключает эти переключатели на высокой скорости для реверсирования тока
направление. Подобные инверторы часто производят так называемый
прямоугольный выход: ток либо течет в одну сторону, либо
наоборот, или происходит мгновенное переключение между двумя состояниями:

Такие внезапные переключения мощности довольно жестоки для некоторых видов электрического оборудования.При нормальном питании переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут быть использованы для получения такого плавно изменяющегося выхода переменного тока из
Вход постоянного тока. Они используют электронные компоненты, называемые индукторами и
конденсаторы, чтобы выходной ток увеличивался и падал более плавно
чем резкое включение / выключение прямоугольного сигнала на выходе, которое вы получаете с
базовый инвертор.

Инверторы

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

Как работает инвертор?

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

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

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

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

Типы инверторов

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

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов:
инверторы истинной / чистой синусоидальной волны (часто сокращенно до PSW) и
модифицированные / квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW). Так как
их название предполагает, что настоящие инверторы используют так называемые тороидальные
(в форме пончика) трансформаторы и электронные схемы для преобразования
постоянный ток в плавно меняющийся переменный ток очень
похожий на настоящую синусоиду, обычно подаваемую в наши
дома.Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока.
источник, включая телевизоры,
компьютеры, видеоигры,
радио и стереосистемы.
С другой стороны, модифицированные синусоидальные инверторы используют относительно
недорогая электроника (тиристоры,
диоды и другие простые компоненты) на
производят своего рода «закругленную» прямоугольную волну (гораздо более грубую
приближение к синусоиде), и пока они подходят для доставки
мощность для здоровенных электроприборов, они могут вызывать и вызывают проблемы
с тонкой электроникой (или чем-либо с электронным или микропроцессорным контроллером),
в общем, это означает, что они не подходят для ноутбуков, медицинского оборудования, цифровых
часы и устройства умного дома.Кроме того, если задуматься, их закругленный квадрат
волны в целом обеспечивают большую мощность устройства, чем чистая синусоида
(площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и
потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает некоторый риск перегрева инверторов MSW.
С другой стороны, они, как правило, немного дешевле настоящих инверторов.

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

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

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

Что такое инверторы?

Инверторы

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

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

.

Что такое инвертор и как он работает?

См. Также: Какие бывают типы солнечных инверторов? и что делает солнечный инвертор?

Инверторы играют решающую роль в любой солнечной энергетической системе и часто считаются мозгом проекта, будь то жилая система мощностью 2 кВт или коммунальная электростанция мощностью 5 МВт. Основная функция инвертора — «преобразовывать» выходной постоянный ток (DC) в переменный ток (AC).Переменный ток является стандартом, используемым всеми коммерческими приборами, поэтому многие рассматривают инверторы как «шлюз» между фотоэлектрической (PV) системой и потребителем энергии.

Инверторные технологии значительно продвинулись вперед, так что, помимо преобразования постоянного тока в переменный, они предоставляют ряд других возможностей и услуг, чтобы гарантировать, что инвертор может работать на оптимальном уровне производительности, например, мониторинг данных, расширенные средства управления коммунальными службами, приложения. и системное проектирование.Производители инверторов также предоставляют услуги после установки, которые являются неотъемлемой частью поддержания производства энергии и высокого уровня производительности проекта, включая профилактическое обслуживание, услуги по эксплуатации и техническому обслуживанию и быстрое среднее время ремонта (MTTR).

Поскольку цены на модули падают, инверторы и дополнительные системные компоненты становятся основным направлением снижения цен для EPC, ищущих новые конкурентные преимущества. В результате производители инверторов постоянно пытаются снизить кривую затрат на продукцию.

Некоторым компаниям удалось добиться этого, изменив производственные стратегии и построив дополнительные производственные мощности на развивающихся рынках солнечной энергии. Кроме того, компании взяли на вооружение основную концепцию «проектирование с учетом технологичности» — что означает, что они разрабатывают продукт с учетом простоты производства, — чтобы разрабатывать инверторные продукты, которые производятся быстрее и дешевле, без ущерба для производительности. Производители инверторов также смогли добиться успеха с меньшими затратами благодаря надежным партнерским отношениям с поставщиками.

Продолжающаяся проблема обеспечения все более высокой и более высокой стоимости при более низких затратах — это то, над чем отрасль должна работать.

Интеграция в сеть и инверторы
Высокая степень проникновения фотоэлектрических модулей и ее влияние на стареющую электрическую сеть — еще одна проблема, с которой сталкивается вся солнечная промышленность. Сама проблема не является специфической для инверторов, но решение может быть полностью управляемым инвертором. Поскольку инверторы служат шлюзом к системе, расширенные средства управления энергосистемой, такие как проезд низкого напряжения, могут помочь смягчить проблемы, связанные с более высоким проникновением фотоэлектрических модулей в сеть, например предсказуемость выхода и распределенное производство.Эти функции помогают упростить переход по мере увеличения количества солнечных батарей без необходимости в крупной и дорогостоящей модернизации инфраструктуры. Коммунальные предприятия стремятся поддержать разработку и использование инверторов с наиболее проверенными функциями, когда речь идет о соединении сетей.

Гибкость конструкции
Учитывая рост проектов распределенной генерации наряду с продолжающимся развитием проектов в масштабе коммунальных предприятий, разработчики проектов в области солнечной энергии ищут производителей инверторов, которые могут предоставить надежный набор коммерческих продуктов и технологических топологий.Гибкий производитель инверторов может предложить централизованную и децентрализованную конструкцию инвертора, имея в виду архитектуру, которая использует несколько инверторов на протяжении всего проекта для достижения минимально возможной нормированной стоимости энергии (LCOE). Хотя по-прежнему существует растущий спрос на общую системную архитектуру с использованием централизованного инвертора, становится все популярнее проектирование трехфазных цепных инверторов для децентрализованной конструкции фотоэлектрической системы. Это особенно актуально для коммерческих приложений, где пространство ограничено или находится в необычной форме.

Инверторы

— это нечто большее, чем просто инвертирование электрических токов солнечной энергетической системы. Инверторы должны продолжать внедрять инновации и снижать стоимость, сохраняя при этом ключевые характеристики солнечной энергетической системы (надежность, эффективность и такие функции, как мониторинг данных), чтобы стимулировать большее проникновение фотоэлектрических систем.

Этот рассказ был первоначально предоставлен Майком Дули, вице-президентом по маркетингу Advanced Energy. Он был обновлен, чтобы отразить действующие правила 1 мая 2018 г.

Найдите подходящий инвертор для своего проекта, просмотрев нашу простую в использовании базу данных инверторов.

Дополнительные статьи:
Для чего нужны солнечные инверторы?
Какие бывают типы солнечных инверторов?
Q&A: Общие вопросы об инверторах и накопителях
Каковы преимущества использования струнных инверторов в коммерческих и небольших коммунальных проектах?
Каковы некоторые преимущества централизованного подхода в небольших проектах по солнечной энергии?

.

Что такое инвертор источника тока? Определение, управление и работа с замкнутым контуром

Определение: Инвертор источника тока преобразует входной постоянный ток в переменный ток. В инверторе источника тока входной ток остается постоянным, но этот входной ток можно регулировать. Инвертор источника тока также называется инвертором с питанием по току. Выходное напряжение инвертора не зависит от нагрузки. Величина и характер тока нагрузки зависят от характера импеданса нагрузки.

Управление инвертором источника тока

Инвертор с тиристорным источником тока показан на рисунке ниже. Диоды D ₁ -D ₆ и конденсатор C ₁ -C ₆ обеспечивают коммутацию тиристора T ₁ -T ₆ , который зажигается с разностью фаз 60º в последовательности их включения. число. Он также показывает характер формы волны выходного тока. Инвертор действует как источник тока из-за большой индуктивности L _D в звене постоянного тока.Основная составляющая фазного тока двигателя показана на рисунке ниже.

Крутящий момент регулируется путем изменения тока промежуточного контура I _d путем изменения значения V _d . Когда питание переменного тока, управляемый выпрямитель подключается между источником питания и инвертором. При питании постоянного тока между питанием и инвертором находится прерыватель.

Главное преимущество инвертора источника тока — его надежность. В случае инвертора источника тока сбой коммутации в той же ветви не происходит из-за наличия большой индуктивности Ld.

В асинхронном двигателе нарастание и спад тока происходит очень быстро. Это повышение и понижение тока вызывает большие скачки напряжения в моторе. Поэтому используется двигатель с низкой индуктивностью рассеяния. Коммутационная емкость C ₁ -C ₆ уменьшает скачки напряжения за счет уменьшения скорости нарастания и падения тока. Для существенного уменьшения скачков напряжения требуется большое значение емкости.

Рекуперативное торможение и многоквадрантная работа CSI

Когда скорость двигателя меньше синхронной скорости, машина работает как генератор.Мощность перетекает от машины к звену постоянного тока, а напряжение звена постоянного тока V _d обратное. Если полностью управляемый преобразователь работает как инвертор, то питание промежуточного контура будет переведено на переменный ток, и произойдет рекуперативное торможение. Следовательно, для рекуперативного торможения двигателя постоянного тока не требуется никакого дополнительного оборудования.

Привод может иметь возможность рекуперативного торможения и работу в четырех квадрантах, если двухквадрантный прерыватель выдает ток в одном направлении, но используется напряжение в любом направлении.

Управление скоростью приводов CSI по замкнутому контуру

Привод CSI с обратной связью показан на рисунке ниже. Фактическая скорость ω _м сравнивается с эталонной скоростью ω * _м . Ошибка скорости контролируется с помощью ПИ-регулятора и регулятора скольжения. Регулятор скольжения устанавливает команду скорости скольжения ω * _sl . Синхронная скорость, полученная сложением ω _m , ω * _sl , определяет частоту инвертора.

Постоянный магнитный поток получается, когда скорость скольжения ω _sl и I _s имеют отношение.Поскольку I _d пропорционален I _s , согласно приведенному ниже уравнению существует аналогичное соотношение между ω _sl и I _d для работы с постоянным магнитным потоком.

На основании значения ω * _sl поток управления магнитным потоком создает общий опорный ток I * _d , который посредством управления током с обратной связью регулирует ток промежуточного контура I _d для поддержания постоянного потока. Ограничение, наложенное на выход регулятора скольжения, I _d при номинальном потоке инвертора.Следовательно, любая коррекция ошибки скорости выполняется при максимально допустимом токе инвертора и максимально доступном крутящем моменте, что обеспечивает быструю переходную реакцию и защиту по току.

.