Kas yra įtampos keitiklis, kaip jis veikia, keitiklio naudojimas

Specialūs elektroniniai maitinimo šaltiniai, vadinami inverteriais, naudojami nuolatinei srovei paversti kintamąja srove. Dažniausiai keitiklis vieno dydžio nuolatinę įtampą paverčia kito dydžio kintamosios srovės įtampa.

Todėl inverteris yra periodiškai kintančios įtampos generatorius, o įtampos bangos forma gali būti sinusinė, beveik sinusinė arba impulsinė... Inverteriai naudojami ir kaip savarankiški įrenginiai, ir kaip nepertraukiamo maitinimo sistemų (UPS) dalis.

Kaip nepertraukiamo maitinimo šaltinių (UPS) dalis, inverteriai leidžia, pavyzdžiui, nuolat gauti kompiuterinių sistemų maitinimą, o jei tinkle staiga dingsta įtampa, keitiklis iš karto pradės tiekti kompiuterį energija, gauta iš atsarginės baterijos. Bent jau vartotojas turės laiko išjungti ir išjungti kompiuterį.

Didesniuose nepertraukiamo maitinimo šaltiniuose naudojami galingesni inverteriai su didelės talpos baterijomis, kurios gali autonomiškai maitinti vartotojus valandas, nepriklausomai nuo tinklo, o kai tinklas normalizuosis, UPS automatiškai perjungs vartotojus tiesiai į elektros tinklą ir baterijos pradės krauti.

Techninė pusė

Šiuolaikinėse elektros energijos konvertavimo technologijose keitiklis gali veikti tik kaip tarpinis blokas, kurio funkcija yra konvertuoti įtampą per aukšto dažnio transformaciją (dešimtis ir šimtus kilohercų). Laimei, šiandien šią problemą galima nesunkiai išspręsti, nes inverterių kūrimui ir projektavimui yra prieinami tiek puslaidininkiniai jungikliai, galintys atlaikyti šimtų amperų sroves, tiek magnetinės šerdys su reikiamais parametrais, tiek elektroniniai mikrovaldikliai, specialiai sukurti keitikliams (įskaitant rezonansinius).

Inverteriams, kaip ir kitiems galios įrenginiams, keliami reikalavimai: didelis efektyvumas, patikimumas, kuo mažesni matmenys ir svoris. Taip pat būtina, kad keitiklis atlaikytų leistiną aukštesnių harmonikų lygį įėjimo įtampoje ir nesukeltų vartotojams nepriimtinai didelio impulsinio triukšmo.

Sistemose su „žaliaisiais“ elektros energijos šaltiniais (saulės baterijomis, vėjo malūnais) elektrai tiekti tiesiai į bendrą tinklą naudojami Grid-tie inverteriai, kurie gali veikti sinchroniškai su pramoniniu tinklu.

Įtampos keitiklio veikimo metu nuolatinės įtampos šaltinis yra periodiškai prijungiamas prie apkrovos grandinės kintamu poliškumu, o jungčių dažnis ir jų trukmė formuojami valdymo signalu, kuris ateina iš valdiklio.

Valdiklis inverteryje dažniausiai atlieka kelias funkcijas: reguliuoja išėjimo įtampą, sinchronizuoja puslaidininkinių jungiklių darbą, apsaugo grandinę nuo perkrovos. Apskritai inverteriai skirstomi į: autonominius keitiklius (srovės ir įtampos keitiklius) ir priklausomus keitiklius (varomus tinkleliu, varomus tinkleliu ir kt.).

Inverterio grandinė

Inverterio puslaidininkiniai jungikliai yra valdomi valdiklio ir turi atvirkštinio šunto diodus. Inverterio išėjimo įtampa, priklausomai nuo dabartinės apkrovos galios, reguliuojama automatiškai keičiant impulso plotį aukšto dažnio keitiklyje, paprasčiausiu atveju PWM (impulso pločio moduliacija).

Išėjimo žemo dažnio įtampos pusbangos turi būti simetriškos, kad apkrovos grandinės jokiu būdu negautų reikšmingo pastovaus komponento (transformatoriams tai ypač pavojinga), tam LF bloko impulso plotis ( paprasčiausias atvejis) daromas pastovus .

Inverterio išėjimo jungiklių valdymui naudojamas algoritmas, užtikrinantis nuoseklų maitinimo grandinės struktūrų keitimą: tiesioginis, trumpasis jungimas, atvirkštinis.

Vienaip ar kitaip, momentinės apkrovos galios vertė keitiklio išėjime turi dvigubo dažnio bangų pobūdį, todėl pirminis šaltinis turi leisti tokį veikimo režimą, kai juo teka pulsacinės srovės, ir atlaikyti atitinkamo lygio trukdžius. (prie keitiklio įėjimo).

Jei pirmieji keitikliai buvo išskirtinai mechaniniai, tai šiandien yra daugybė puslaidininkinių keitiklių grandinių variantų ir yra tik trys tipinės schemos: tiltas be transformatoriaus, stūmimas su transformatoriaus nuliniu gnybtu, tiltas su transformatoriumi.

Be transformatoriaus tilto grandinė yra 500 VA nepertraukiamo maitinimo šaltiniuose ir automobilių inverteriuose. Stumdomoji grandinė su transformatoriaus nuliniu gnybtu naudojama mažos galios UPS (kompiuteriams), kurių talpa iki 500 VA, kur atsarginės baterijos įtampa yra 12 arba 24 voltai. Tilto grandinė su transformatoriumi naudojama galinguose nepertraukiamo maitinimo šaltiniuose (vienetams ir dešimčiai kVA).

Išėjimo įtampos bangos forma

Stačiakampiuose įtampos keitikliuose išėjime įjungiama atvirkštinių diodų jungiklių grupė, kad būtų sukurta kintamoji įtampa visoje apkrovoje ir būtų užtikrintas valdomas cirkuliacijos režimas grandinėje. reaktyvioji energija.

Už išėjimo įtampos proporcingumą atsakingi: santykinė valdymo impulsų trukmė arba fazių poslinkis tarp klavišų grupių valdymo signalų. Nekontroliuojamos reaktyviosios galios cirkuliacijos režimu vartotojas įtakoja keitiklio išėjimo įtampos formą ir dydį.

Įtampos keitikliuose su laiptelio formos išėjimu aukšto dažnio išankstinis keitiklis sudaro vienpolę pakopinės įtampos kreivę, savo forma apytiksliai prilygstančią sinusinei bangai, kurios periodas yra pusė išėjimo įtampos periodo. Tada LF tilto grandinė paverčia vienpolio žingsnio kreivę į dvi dvipolio kreivės puses, kurios maždaug primena sinusinę bangą.

Įtampos keitikliuose, kurių išėjimas yra sinusinės (arba beveik sinusinės) formos, aukšto dažnio išankstinis keitiklis generuoja pastovią įtampą, artimą būsimos sinusinės išvesties amplitudei.

Tada tilto grandinė suformuoja žemo dažnio kintamąjį iš pastovios įtampos, naudodama kelis PWM, kai kiekviena tranzistorių pora per kiekvieną išėjimo sinusinės bangos formavimo pusę ciklo kelis kartus atidaroma laikui, kuris kinta pagal harmonikos dėsnį. . Tada žemųjų dažnių filtras iš gautos bangos formos išskiria sinusą.

HF išankstinio konvertavimo grandinės keitikliuose

Paprasčiausios aukšto dažnio išankstinės konversijos grandinės keitikliuose yra savaime generuojamos. Jie yra gana paprasti techninio įgyvendinimo požiūriu ir yra gana veiksmingi esant mažoms galioms (iki 10-20 W), kad būtų galima tiekti apkrovas, kurios nėra svarbios maitinimo procesui. Osciliatorių dažnis yra ne didesnis kaip 10 kHz.

Teigiamas grįžtamasis ryšys tokiuose įrenginiuose gaunamas prisotinus transformatoriaus magnetinę grandinę. Tačiau galingiems keitikliams tokios schemos nėra priimtinos, nes jungiklių nuostoliai didėja, o efektyvumas galiausiai yra mažas.Be to, bet koks trumpasis jungimas išėjime nutraukia savaiminius svyravimus.

Geresnės preliminarių aukšto dažnio keitiklių grandinės yra „flyback“ (iki 150 W), „push-pull“ (iki 500 W), pustilčių ir tiltų (daugiau nei 500 W) PWM valdiklių, kur konversijos dažnis siekia šimtus. kilohercų.

Inverterių tipai, veikimo režimai

Vienfaziai įtampos keitikliai skirstomi į dvi grupes: su gryna sinusine banga išėjime ir su modifikuota sinusine.Dauguma šiuolaikinių įrenginių leidžia supaprastintą tinklo signalo formą (modifikuotą sinusinę bangą).

Gryna sinusinė banga svarbi įrenginiams, kurių įėjime yra elektros variklis ar transformatorius, arba jei tai specialus įrenginys, kuris įėjime veikia tik su gryna sinusine banga.

Trifaziai keitikliai dažniausiai naudojami trifazei srovei generuoti elektros varikliams, pavyzdžiui, maitinimui trifazis asinchroninis variklis… Šiuo atveju variklio apvijos yra tiesiogiai prijungtos prie keitiklio išėjimo. Kalbant apie galią, keitiklis parenkamas pagal jo didžiausią vertę vartotojui.

Apskritai yra trys keitiklio veikimo režimai: paleidimas, nuolatinis ir perkrovimas. Paleidimo režimu (įkraunant talpą, paleidžiant šaldytuvą) galia gali padvigubinti keitiklio reitingą per sekundės dalį, tai priimtina daugeliui modelių. Nepertraukiamas režimas – atitinkantis keitiklio vardinę vertę. Perkrovos režimas – kai vartotojo galia 1,3 karto didesnė už vardinę – šiuo režimu vidutinis keitiklis gali dirbti apie pusvalandį.