Vad är en spänningsomriktare, hur den fungerar, användningen av en växelriktare

Särskilda elektroniska strömförsörjningar som kallas växelriktare används för att omvandla likström till växelström. Oftast omvandlar en växelriktare en DC-spänning av en storlek till en AC-spänning av en annan storlek.

Därför är växelriktaren en generator av periodiskt växlande spänning, medan spänningsvågformen kan vara sinusformad, nästan sinusformad eller pulsad... Växelriktare används både som oberoende enheter och som en del av avbrottsfri strömförsörjningssystem (UPS).

Som en del av avbrottsfria strömkällor (UPS) tillåter växelriktare att till exempel ta emot kontinuerlig ström till datorsystem och om spänningen plötsligt försvinner i nätverket kommer växelriktaren omedelbart att börja förse datorn med energi som hämtas från reservbatteriet. Åtminstone kommer användaren att ha tid att stänga av och stänga av datorn.

Större avbrottsfri strömförsörjning använder kraftfullare växelriktare med batterier med stor kapacitet som autonomt kan driva konsumenter i timmar oavsett nät, och när nätet återgår till det normala kommer UPS:en automatiskt att koppla om konsumenterna direkt till elnätet och batterierna börjar laddas.

Den tekniska sidan

I moderna elkonverteringstekniker kan växelriktaren endast fungera som en mellanenhet, där dess funktion är att omvandla spänningen genom en högfrekvent transformation (tiotals och hundratals kilohertz). Lyckligtvis kan detta problem idag enkelt lösas, eftersom för utveckling och design av växelriktare finns både halvledaromkopplare som kan motstå strömmar på hundratals ampere, magnetiska kärnor med nödvändiga parametrar och elektroniska mikrokontroller speciellt utformade för växelriktare (inklusive resonans).

Kraven på växelriktare, såväl som för andra kraftenheter, inkluderar: hög effektivitet, tillförlitlighet, minsta möjliga dimensioner och vikt. Det är också nödvändigt att växelriktaren tål den tillåtna nivån av högre övertoner i inspänningen och inte skapar oacceptabelt högt impulsljud för användarna.

I system med "gröna" elkällor (solpaneler, vindkraftverk) för att leverera elektricitet direkt till det allmänna nätet, används Grid-tie-växelriktare, som kan arbeta synkront med industrinätet.

Under driften av spänningsomriktaren kopplas konstantspänningskällan periodiskt till lastkretsen med variabel polaritet, medan frekvensen på anslutningarna och deras varaktighet bildas av en styrsignal som kommer från styrenheten.

Styrenheten i växelriktaren utför vanligtvis flera funktioner: reglering av utspänningen, synkronisering av driften av halvledaromkopplare, skyddar kretsen från överbelastning. I allmänhet delas växelriktare in i: fristående växelriktare (ström- och spänningsomriktare) och beroende växelriktare (nätdrivna, nätdrivna, etc.)

Inverterkrets

Växelriktarens halvledaromkopplare styrs av regulatorn och har omvända shuntdioder. Växelriktarens utgångsspänning, beroende på belastningens aktuella effekt, justeras genom att automatiskt ändra pulsbredden i högfrekvensomvandlaren, i det enklaste fallet PWM (Pulse Width Modulation).

Halvvågorna för den utgående lågfrekventa spänningen måste vara symmetriska så att belastningskretsarna inte i något fall får en signifikant konstant komponent (för transformatorer är detta särskilt farligt), för detta är pulsbredden för LF-blocket (i enklaste fall) görs konstant .

Vid styrningen av växelriktarens utgångsomkopplare används en algoritm som säkerställer en sekventiell förändring i kraftkretsens strukturer: direkt, kortslutning, omvänd.

På ett eller annat sätt har det momentana belastningseffektvärdet vid växelriktarens utgång karaktären av dubbelfrekventa vågor, därför måste den primära källan tillåta ett sådant driftsätt när krusningsströmmar flyter genom den och motstå en motsvarande nivå av störningar (vid inverterns ingång).

Om de första växelriktarna uteslutande var mekaniska, finns det idag många alternativ för halvledarväxelriktarkretsar och det finns bara tre typiska scheman: en brygga utan transformator, en push med transformatorns nollterminal, en brygga med en transformator.

Den transformatorlösa bryggkretsen finns i 500 VA avbrottsfri strömförsörjning och bilväxelriktare. Glidkretsen med transformatorns neutrala terminal används i lågeffekt UPS (för datorer) med en kapacitet på upp till 500 VA, där reservbatteriets spänning är 12 eller 24 volt. Bryggkretsen med en transformator används i kraftfulla källor för avbrottsfri strömförsörjning (för enheter och tiotals kVA).

Utspänningsvågform

I rektangulära spänningsomvandlare omkopplas en grupp av omvända diodomkopplare vid utgången för att producera en växelspänning över lasten och ge ett kontrollerat cirkulationsläge i kretsen reaktiv energi.

Följande är ansvariga för proportionaliteten hos utspänningen: den relativa varaktigheten av styrpulserna eller fasförskjutningen mellan styrsignalerna för nyckelgrupperna. I okontrollerad cirkulationsläge för reaktiv effekt påverkar användaren formen och storleken på växelriktarens utspänning.

I spänningsomvandlare med en stegformad utgång bildar den högfrekventa föromvandlaren en unipolär stegspänningskurva, ungefär i form av en sinusvåg vars period är halva perioden av utspänningen. LF-bryggkretsen omvandlar sedan den unipolära stegkurvan till två halvor av en bipolär kurva som ungefär liknar en sinusvåg.

I spänningsomvandlare med en sinusformad (eller nästan sinusformad) form av utgången genererar högfrekvensföromvandlaren en konstant spänning nära den framtida sinusformade utgången i amplitud.

Bryggkretsen bildar sedan en lågfrekvent variabel från en konstant spänning, med hjälp av flera PWM, när varje par av transistorer i varje halvcykel av att bilda sinusvågen öppnas flera gånger under en tid som varierar enligt den harmoniska lagen . Ett lågpassfilter extraherar sedan en sinus från den resulterande vågformen.

HF-förkonverteringskretsar i växelriktare

De enklaste högfrekventa förkonverteringskretsarna i växelriktare är självgenererande. De är ganska enkla när det gäller teknisk implementering och är ganska effektiva vid låg effekt (upp till 10-20 W) för att leverera belastningar som inte är kritiska för strömförsörjningsprocessen. Oscillatorernas frekvens är inte mer än 10 kHz.

Positiv återkoppling i sådana enheter erhålls genom att mätta transformatorns magnetiska krets. Men för kraftfulla växelriktare är sådana scheman inte acceptabla, eftersom förlusterna i switcharna ökar och effektiviteten i slutändan är låg.Dessutom avbryter varje kortslutning vid utgången självsvängningarna.

De bättre kretsarna för de preliminära högfrekvensomvandlarna är flyback (upp till 150 W), push-pull (upp till 500 W), halvbrygga och brygga (mer än 500 W) av PWM-styrenheter, där omvandlingsfrekvensen når hundratals av kilohertz.

Typer av växelriktare, driftsätt

Enfas spänningsomriktare är indelade i två grupper: med en ren sinusvåg vid utgången och med en modifierad sinusvåg De flesta moderna enheter tillåter en förenklad form av nätverkssignalen (modifierad sinusvåg).

En ren sinusvåg är viktig för enheter som har en elmotor eller transformator vid ingången, eller om det är en speciell enhet som bara fungerar med en ren sinusvåg vid ingången.

Trefas växelriktare används vanligtvis för att generera trefasström för elmotorer, till exempel för strömförsörjning trefas asynkronmotor… I detta fall är motorlindningarna direkt anslutna till omriktarens utgång. Effektmässigt väljs växelriktaren utifrån dess toppvärde för användaren.

I allmänhet finns det tre driftslägen för växelriktaren: start, kontinuerlig och överbelastning. I startläget (laddning av kapaciteten, start av kylskåpet) kan strömmen fördubbla växelriktarens klassificering på en bråkdel av en sekund, detta är acceptabelt för de flesta modeller. Kontinuerligt läge - motsvarande märkvärdet för omriktaren. Överbelastningsläge — när användarens effekt är 1,3 gånger den nominella — i detta läge kan den genomsnittliga växelriktaren arbeta i ungefär en halvtimme.