Инвертора что это такое
Что такое инвертор напряжения, как он работает, применение инвертора
Для преобразования постоянного тока в переменный применяют специальные электронные силовые устройства, называемые инверторами. Чаще всего инвертор преобразует постоянное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины.
Инверторы применяют как в качестве самостоятельных устройств, так и в составе систем бесперебойного электроснабжения (UPS).
В составе источников бесперебойного питания (ИБП), инверторы позволяют, например, получить непрерывное электроснабжение компьютерных систем, и если в сети напряжение внезапно пропадет, то инвертор мгновенно начнет питать компьютер энергией, получаемой от резервного аккумулятора. По крайней мере, пользователь успеет корректно завершить работу и выключить компьютер.
В более крупных устройствах бесперебойного электроснабжения применяются более мощные инверторы с аккумуляторами значительной емкости, способные автономно питать потребители часами, независимо от сети, а когда сеть снова вернется в нормальное состояние, ИБП автоматически переключит потребители напрямую к сети, а аккумуляторы начнут заряжаться.
В современных технологиях преобразования электроэнергии инвертор может выступать лишь промежуточным звеном, где его функция — преобразовать напряжение путем трансформации на высокой частоте (десятки и сотни килогерц). Благо, на сегодняшний день решить такую задачу можно легко, ведь для разработки и конструирования инверторов доступны как полупроводниковые ключи, способные выдерживать токи в сотни ампер, так и магнитопроводы необходимых параметров, и специально разработанные для инверторов электронные микроконтроллеры (включая резонансные).
Требования к инверторам, как и к другим силовым устройствам, включают: высокий КПД, надежность, как можно меньшие габаритные размеры и вес. Также необходимо чтобы инвертор выдерживал допустимый уровень высших гармоник во входном напряжении, и не создавал неприемлемо сильных импульсных помех для потребителей.
В системах с «зелеными» источниками электроэнергии (солнечные батареи, ветряки) для подачи электроэнергии напрямую в общую сеть, применяют Grid-tie – инверторы, способные работать синхронно с промышленной сетью
В процессе работы инвертора напряжения, источник постоянного напряжения периодически подключается к цепи нагрузки с чередованием полярности, при этом частота подключений и их продолжительность формируется управляющим сигналом, который поступает от контроллера.
Контроллер в инверторе обычно выполняет несколько функций: регулировка выходного напряжения, синхронизация работы полупроводниковых ключей, защита схемы от перегрузки. Принципиально инверторы делятся на: автономные инверторы (инверторы тока и инверторы напряжения) и зависимые инверторы (ведомые сетью, Grid-tie и т.д.)
Полупроводниковые ключи инвертора управляются контроллером, имеют обратные шунтирующие диоды. Напряжение на выходе инвертора, в зависимости от текущей мощности нагрузки, регулируется автоматическим изменением ширины импульса в блоке высокочастотного преобразователя, в простейшем случае это ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
Полуволны выходного низкочастотного напряжения должны быть симметричными, чтобы цепи нагрузки ни в коем случае не получили значительной постоянной составляющей (для трансформаторов это особенно опасно), для этого ширина импульса НЧ-блока (в простейшем случае) делается постоянной.
В управлении выходными ключами инвертора, применяется алгоритм, обеспечивающий последовательную смену структур силовой цепи: прямая, короткозамкнутая, инверсная.
Так или иначе, величина мгновенной мощности нагрузки на выходе инвертора имеет характер пульсаций с удвоенной частотой, поэтому первичный источник должен допускать такой режим работы, когда через него текут пульсирующие токи, и выдерживать соответствующий уровень помех (на входе инвертора).
Если первые инверторы были исключительно механическими, то сегодня есть множество вариантов схем инверторов на полупроводниковой базе, а типовых схем всего три: мостовая без трансформатора, двухтактная с нулевым выводом трансформатора, мостовая с трансформатором.
Мостовая схема без трансформатора встречается в устройствах бесперебойного питания мощностью от 500 ВА и в автомобильных инверторах. Двухтактная схема с нулевым выводом трансформатора используется в маломощных ИБП (для компьютеров) мощностью до 500 ВА, где напряжение на резервном аккумуляторе составляет 12 или 24 вольта. Мостовая схема с трансформатором применяется в мощных источниках бесперебойного питания (на единицы и десятки кВА).
Форма напряжения на выходе
В инверторах напряжения с прямоугольной формой на выходе, группа ключей с обратными диодами коммутируется так, чтобы получить на нагрузке переменное напряжение и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи реактивной энергии.
За пропорциональность выходного напряжения отвечают: относительная длительность управляющих импульсов либо сдвиг фаз между сигналами управления группами ключей. В неконтролируемом режиме циркуляции реактивной энергии, потребитель влияет на форму и величину напряжения на выходе инвертора.
В инверторах напряжения со ступенчатой формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь формирует однополярную ступенчатую кривую напряжения, грубо приближенную по своей форме к синусоиде, период которой равен половине периода выходного напряжения. Затем мостовая НЧ-схема превращает однополярную ступенчатую кривую в две половинки разнополярной кривой, грубо напоминающей по форме синусоиду.
В инверторах напряжения с синусоидальной (или почти синусоидальной) формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь генерирует постоянное напряжение близкое по величине к амплитуде будущей синусоиды на выходе.
После этого мостовая схема формирует из постоянного напряжения переменное низкой частоты, путем многократной ШИМ, когда каждая пара транзисторов на каждом полупериоде формирования выходной синусоиды открывается несколько раз на время, изменяющееся по гармоническому закону. Затем НЧ-фильтр выделяет из полученной формы синус.
Схемы предварительных ВЧ- преобразователей в инверторах
Простейшие схемы предварительного высокочастотного преобразования в инверторах являются автогенераторными. Они довольно просты в плане технической реализации и достаточно эффективны на малых мощностях (до 10-20 Вт) для питания нагрузок не критичных к процессу подачи энергии. Частота автогенераторов не более 10 кГц.
Положительная обратная связь в таких устройствах получается от насыщения магнитопровода трансформатора. Но для мощных инверторов такие схемы не приемлемы, поскольку потери в ключах возрастают, и КПД получается в итоге низким. Тем более, любое КЗ на выходе срывает автоколебания.
Более качественные схемы предварительных высокочастотных преобразователей — это обратноходовые (до 150 Вт), двухтактные (до 500 Вт), полумостовые и мостовые (более 500 Вт) на ШИМ контроллерах, где частота преобразования достигает сотен килогерц.
Типы инверторов, режимы работы
Однофазные инверторы напряжения подразделяются на две группы: с чистым синусом на выходе и с модифицированной синусоидой. Большинство современных приборов допускают упрощенную форму сетевого сигнала (модифицированную синусоиду).
Чистая же синусоида важна для приборов, у которых на входе есть электродвигатель или трансформатор, либо если это специальное устройство, работающее только с чистой синусоидой на входе.
Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например, для питания трёхфазного асинхронного двигателя. При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора. По мощности инвертор выбирают исходя из пикового значения оной для потребителя.
Вообще, существует три рабочих режима инвертора: пусковой, длительный и режим перегрузки. В пусковом режиме (заряд емкости, пуск холодильника) мощность может на долю секунды двукратно превысить номинал инвертора, это допустимо для большинства моделей. Длительный режим — соответствующий номиналу инвертора. Режим перегрузки — когда мощность потребителя в 1,3 раза превышает номинал — в таком режиме средний инвертор может работать примерно полчаса.
Зачем нужны инверторные бытовые приборы?
Содержание
Содержание
Инвертор – функциональный блок, который умеет регулировать уровень выходного напряжения, тем самым плавно управляя частотой вращения электродвигателей в стиральных машинах, в компрессорах холодильников или кондиционеров и так далее. Устройства, которые используют указанные преобразования энергии экономны, тихо работают, компактны. По этой причине производители бытовой техники, промышленного оборудования, профессиональных инструментов все чаще выпускают изделия, в которых используются инверторные технологии.
Техника
В начале 2 000-х годов наладили массовый выпуск микросхем, обеспечивающих преобразование напряжения с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Частота напряжения в вашей розетке 50 Гц. Модуль с ШИМ изменяет этот параметр в частоту выше 20 000 Гц. За счет этого в 10 и более раз уменьшились габариты и вес трансформаторов, они стали дешевле. Потребитель получил миниатюрные, легкие зарядные устройства, блоки бесперебойного питания для компьютеров и другой техники. Это были первые изделия для бытовой техники, в которых инженеры использовали инверторные технологии – микросхемы с ШИМ.
В современном оборудовании инверторные блоки применяют все чаще, например:
Хозяин, поставивший у себя дома микроволновку, кондиционер, холодильник и другие бытовые приборы с инверторными технологиями экономит от 15 до 45% электроэнергии. Кроме этого, уменьшаются затраты на блоки бесперебойного питания сети, стабилизацию напряжения, увеличивается срок работы бытовых приборов, котельного и насосного оборудования.
Особенности инверторов
Компрессор – основная деталь кондиционеров, холодильников, систем подачи воздуха в пневмоинструменты. Привычные нам компрессоры работают с паузами. Устройство либо сжимает фреон, либо система обесточена. Каждый пуск сопровождается повышенным расходом энергии.
Компрессор с инверторным блоком работает непрерывно. При этом:
В холодильниках и кондиционерах работают не только компрессор, но и вентиляторы. Использование инверторных технологий относится и к этим элементам техники. Таким образом, эффект экономии достигается за счет непрерывной работы всех движущихся частей.
Инверторные стиральные машины
Чистое белье – стандарт в быту. Инверторная техника для стирки белья обеспечивает привычные нам удобства, потребляя меньше ресурсов.
В стиральной машине с инвертором используется трехфазный двигатель, который обеспечивает:
Стиральные машины с инверторным двигателем намного компактнее привычных нам устройств.
Если учесть совместимость современного оборудования с другими приборами и жителями в доме, то проблем не возникает. Напротив, прогрессивные решения с инверторными технологиями приводят к экономии затрат на электроэнергию, улучшают климатические характеристики в доме, свойства приготовленных блюд. Бытовая техника с ШИМ-регулированием надежна, имеет продолжительный срок службы, не требует дополнительных затрат при подключении.
Что такое инвертор: разновидности и прицип работы
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:
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:
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.
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.
Что такое инвертор
Встретить это слово можно в таких системах и словосочетаниях:
Все эти системы построены по схеме инверсии (преобразования).
В первую очередь напряжение преобразуются в постоянное и регулируется, а далее поступает на питание либо преобразуется в переменное напряжение с заданной частотой и напряжением в зависимости от целей прибора.
Инверторный кондиционер
Главное отличие в принципе работы компрессора, сердца кондиционера.
DCPAM инвертор преобразует переменное сетевое напряжение в постоянное, и через преобразователь частоты, за счет которой изменяются обороты двигателя. И с разной скоростью вращает электродвигатель компрессора.
Питание схемы частотного преобразователя постоянным напряжением, позволяет плавно регулировать обороты электромотора, в зависимости от условий работы кондиционера, то есть изменяя его производительность. Что позволяет существенно снизить потребление электроэнергии, и равномерно производить охлаждение либо нагрев, в зависимости от режима работы.
А у некоторых производителей, например MITSUBISHI HEAVI, благодаря дополнительному применению спирального компрессора на неодимовых магнитах удаётся достигнуть уменьшения электропотребления до рекордно низких значений.
Инверторные электростанции.
Принцип работы инверторной электростанции основан на преобразовании переменного тока в постоянный, после чего максимально стабилизируются колебания электрических волн, а затем постоянный ток через инверторную схему опять преобразуется в переменный, с заданной частотой и напряжением.
Главные преимущества инверторной электростанции.
Инверторный ИБП
Абсолютное большинство электроприборов в России, которые современный человек использует каждый день, рассчитаны на напряжение 220В-230В.
Химические источники напряжения, аккумуляторы, способные хранить заряд электричества в течении длительного времени, обеспечивают постоянное напряжение, слишком низкое для питания бытовой техники: 2 вольта, 6 вольт, 12В и т.д. Инверторы преобразуют постоянное напряжение от аккумуляторов в переменное 220В или 230В в зависимости от конструкции и настроек. На этом основана работа всех ИБП!
Видео что такое иверторный бесперебойник и как он работает
Время автономной работы бесперебойника, будет пропорционально количеству и емкости подключенных ко входу инвертора аккумуляторов. Но есть и другие факторы влияющие на время работы- Подробнее прочитать можно здесь.
Аккумуляторы могут хранить запас электрической энергии в течении длительного времени что позволяет держать в запасе большой объем накопленной электроэнергии для аварийных ситуаций, накопленный в АКБ.
При пропадании электричества на вводе в распределительный щит автоматика инвертора мгновенно перебросит питание подключенных к выходу инвертора электроприборов на аккумулятор (через электронную схему, преобразующую постоянное напряжение 12 Вольт, в переменное 220 В с заданной частотой (Гц)).
В онлайн системах переключение отсутствует-Подробнее можно прочитать здесь . 
Главные преимущества электрических инверторов:
Основные области применения инверторов:
Пример применения в частном доме:
Мощность нагрузки 1000 Вт при значении параметра cos =0.8 позволяет подключить электрооборудование суммарной мощностью 1 кВт.
Приблизительный расчет мощности нагрузки может быть такой:
Сварочный инвертор
Инверторный сварочный агрегат отличается от трансформаторного сварочного устройства меньшим потреблением электрической нагрузки. Но в тоже время имеет такой параметр тока, который достаточен для зажигания сварочной дуги и стабильного горения при сварке.
Специфика работы инверторного типа сварочной установки состоит в выпрямлении переменного тока аппарата с образованием постоянного тока приемлемого потенциала. Эта функция преобразования переменного в постоянный ток выполняется диодным мостом.
Далее в работу включается блок транзисторов, где постоянный ток преобразуется обратно в переменный с высокими параметрами. За работу отвечает генератор высокой частоты импульсного типа. Величина тока получается на выходе наибольшей частоты, чем первоначальная величина. Трансформатор работает на токе высокой частоты, установка получается меньшими габаритами и весом.
После преобразования токов в трансформаторе в постоянный ток, он становится пригоден для сварки. Розжиг электрической дуги становится стабильным, горение дуги устойчивое для плавки электрода и металла в зоне сварного шва.
Что характеризует инверторный сварочный аппарат
Автомобильный инвертор.
Не углубляясь в схемотехнику работы преобразователей напряжения, их можно подразделить на еще два типа.
Это автомобильный инвертор 12-220v с модифицированным синусом (это более дешевые варианты), но принципе вполне походящие для подключения любых бытовых приборов. Имеет минус при работе с электродвигателями, которые теряют небольшую часть мощности, которой можно пренебречь при сравнении с ценой на автомобильным инвертор 12-220V имеющим чистый синус.
Автомобильный инвертор превращает ваш автомобиль в небольшую электростанцию дающую 220 вольт и дает большое преимущество при автопутешествиях, коротких и длительных загородных выездов.