Схема инвертора

Схема сварочного инвертора, описание работы на примере сварочного аппарата РЕСАНТА САИ 140

СХЕМА СВАРОЧНОГО ИНВЕРТОРА И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ

НА ПРИМЕРЕ СВАРОЧНОГО АППАРАТА РЕСАНТА САИ 140

    Основных схем сварочного инвертора Ресанта САИ 140 удалось найти две. Управление у них очень похоже, а вот технологически они отличаются довольно сильно.

НАЖМИТЕ РИСУНОК ДЛЯ ПРОСМОТРА В ПОЛНОМ РАЗМЕРЕ

    Первый вариант принципиальной схемы сварочного инвертора Ресанта 140 выполнен с использованием управляющего трансформатора, а второй - с использованием оптодрайверов для силовых транзисторов. Есть отличия и в питании управления. Первый с самозапитом, а второй использует отдельный источник питания. Поскольку первый похож на то, что есть у меня, т.е. используется управляющий трансформатор, то с него и начнем.

ДВА ВАРИАНТА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ СВАРОЧНОГО ИНВЕРТОРА РЕСАНТА САИ 140
НАЖМИТЕ НА РИСУНОК ДЛЯ ПРОСМОТРА В ПОЛНОМ РАЗМЕРЕ

    Итак, подаем питание и смотрим что будет происходить.
    Напряжение 220 вольт проходит фильтр на С3 и L… Пардон, на схеме почему то ЭТО обозначено трансформатором Т1 и доходит конденсаторов С1 и С2. Емкость этих конденсаторов для частоты 50 Гц слишком мала, но вот статику они на корпус спускают отлично и именно по этой причине крайне желательно для трансформатора использовать с заземление, только с реальным, а не иметь розетку в которой есть ни куда не подключенная клемма заземления.

    Вверху есть точка №1, как раз на левом выводе термистора РТС, а на правом выводе резистора R2 есть точка №2. Эти нумерные точки идут на контакты реле RL1, которое сейчас не включено – мы только что подали напряжение питания  и пока что заряжаются конденсаторы С4 и С5 через термистор и R2, разумеется пройдя диодный мост.

    По мере зарядки конденсаторов напряжение +300VDC начинает увеличиваться и начинает протекать ток через резистор R21 заряжая С18 и С19.
    Тут следует обратить внимание на используемый операционный усилитель LM324 который уже начинает работать при напряжении питания +3 вольта, т.е. при достижении напряжения на верхнем выводе С19 трех вольт операционный усилитель уже начинает выполнять свои функции.
    Теперь смотрим очень внимательно не забыв перевести мозг в состояние ВКЛ.

    Сопротивление R21 меньше суммы сопротивлений R22 и R23 в 20 раз, а емкость С19 больше емкости С20 в 4700 раз, следовательно напряжение на верхнем выводе С20 будет больше напряжения на верхнем выводе на 0,6 вольта – напряжение падения на диоде D24. Это в свою очередь однозначно переведет компаратор на U2A в состояние, когда на его выходе будет напряжение близкое к напряжению питания, следовательно LED2 будет светится, а транзистор Q8 будет открыт и пока он открыт на выходе U2D будет напряжение близкое к нулю. Это в свою очередь имитирует превышение порога срабатывания компаратора контроллера U1A и если бы он работал, то на выходе у него был бы ноль. Но он не работает, поскольку подающий на него питание транзистор Q7 еще закрыт.
    Тем временем конденсатор С19 продолжает заряжаться и напряжение на нем увеличивается. Как только оно превысит 5 вольт в дело вступает формирователь опорного напряжения на D25 – он не дает напряжению на выводе 2 U2A и выводе 5 U2B стать выше 4,7 вольта.
    На выводе 3 U2A напряжение по прежнему больше, чем на выводе 2 и напряжение на выходе компаратора продолжает удерживаться близким к напряжению питания.
    Напряжение на выводе 6 продолжает увеличиваться, поскольку этот вывод подключен к делителю напряжения на резисторах R49 и R50. И пока напряжение на 6-м выводе меньше опорного 4,7 вольта компаратор U2B держит на своем выходе напряжение близкое к напряжению питания, а это удерживает транзистор Q7 в закрытом состоянии.

    Как только напряжение на верхнем выводе С19 станет равным 12 вольтам на делителе сформируется напряжение равное 4,9 вольта, а это больше опорного напряжения 4,7 вольта и компаратор U2B сформирует на своем выходе напряжение близкое к нулю, транзистор Q7 открывается и подает питание на контроллер UC3845.
    Контроллер начинает выдавать управляющие импульсы и силовые транзисторы начинают открываться. Но делают они это на очень короткий промежуток времени, поскольку на контроллере формируется имитация превышения выходного тока все еще открытым транзистором Q8.
    На обмотке питания управления появляется напряжение и теперь все управление может потреблять гораздо больший ток. Это напряжение стабилизируется импульсным стабилизатором U1 и тут становится наглядной одна проблема – если первоначально напряжение с левого вывода R21 будет идти сразу на всю схему, то запуска у нас не произойдет никогда – вентилятор потребляет слишком много и напряжение не будет увеличиваться на верхнем выводе С19. Автор схемы учел этот момент и сделал на схеме поправку – только после начала работы стабилизатора напряжения для управления питание подается и на вентилятор и на реле софтстарта и на верхний вывод трансформатора управления. Что до отметки на подсветку LED1, то это исключено – напряжение там не появится пока не запуститься UC3845, а он не запустится, поскольку не будет на него питания.
    Тем временем конденсатор С13 заряжается до напряжения, превышающее 5 вольт и стабилитрон D19 пропускает ток на базу Q6, тот открывается и включает реле RL1, которое своими контактами шунтирует токоограничивающий термистор и резистор R2.

    Тем временем на выходе инвертора появляется напряжение и оно пройдя ограничитель тока засвечивает светодиод ISO1. Транзистор оптрона открывается и резко уменьшает напряжение на выводе 3 компаратора U2A. Поскольку напряжение на инвертирующем входе теперь больше, чем на не инвертирующем компаратор перекидывается в состояние когда на выходе у него ноль. Светодиод LED2 гаснет, а транзистор Q8 закрывается разблокируя усилитель регулирующего напряжения для контроллера UC3845 и контроллер уже формирует импульсы максимальной длительности, поскольку нагрузки еще нет и ток ограничивать не нужно.
    При работе, т.е. при сварке регулировка тока производится путем сравнения напряжения с трансформатора тока с напряжением управления, которое формируется усилителем U2D. Подробно о принципе работы UC3845 есть отдельное видео и статья, ссылки в описании.

НАЖМИТЕ РИСУНОК ДЛЯ ПРОСМОТРА В ПОЛНОМ РАЗМЕРЕ

    Поэтому рассмотрим лишь оставшиеся узлы.
    Управление силовыми транзисторами происходит с помощью управляющего трансформатора, вторичные обмотки которого через диоды Шотки идут на затворы силовых транзисторов при наличии управляющего импульса. Как только импульс управления прекращается остаточная магнитная энергия сбрасывается D15…D17, а силовые транзисторы закрываются с помощью транзисторов Q3 и Q5, причем происходит это через конденсаторы С 9 и С 10. Эти конденсаторы позволяют получить больше энергии для закрытия транзисторов и это происходит именно в момент окончания управляющего импульса.
    При наличии управляющего импульса оба транзистора сварочного инвертора открываются и через первичную обмотку протекает ток, который создает магнитное поле наводящее напряжение на вторичной обмотке. При исчезновении управляющего импульса транзисторы закрываются, а не израсходованная магнитная энергия сбрасывается на шины первичного питания через диоды D2 и D3, тем самым полностью размагничивая магнитопровод трансформатора и подготавливая его с следующему циклу передачи энергии во вторичную обмотку.

НАЖМИТЕ РИСУНОК ДЛЯ ПРОСМОТРА В ПОЛНОМ РАЗМЕРЕ

    К сервису данного сварочного инвертора можно отнести защиту от перегрева и залипания электрода, выполненных на одном управляющем элементе – оптроне ISO1.
    Пока светодиод данного оптрона светится открытый транзистор оптрона формирует почти ноль на выводе 3 U2A. Как только электрод касается свариваемой заготовки напряжение на светодиод еще какое то время поступает за счет накопленной в конденсаторе С34 энергии. Это время и есть время поджига дуги и если дуга не загорелась, т.е. электрод залип, то светодиод оптрона тухнет, тем самым закрывая транзистор оптрона. На выводе 3 компаратора U2A появляется практически напряжение питания и компаратор зажигает LED2 и открывает транзистор Q3, который душит на землю управляющее напряжение и контроллер выдает только очень короткие импульсы управления, которые не позволяют перегрузить силовой каскад – работа то идет практически на короткое замыкание и единственным сопротивление вторичного напряжения является реактивное сопротивление L1 индуктивность которого и выбрана таким образом, чтобы она оказывала влияние только на самые короткие импульсы.
    Как только электрод отодрали от заготовки напряжение на выходе инвертора снова появляется и снова загорается светодиод оптрона. Компаратор U2A гасит светодиод LED2 и закрывает транзистор Q8, тем самым переводя контроллер UC3845 в штатный режим работы.
    Если же происходит перегрев, то срабатывает самовосстанавливающийся термопредохранитель КТ, который разрывает цепь питания оптрона и светодиод гаснет и процессы повторяются – горит светодиод LED2, а на выходе сварочного инвертора очень короткие импульсы, не позволяющие производить сварочные работы и это состояние удерживается пока радиатор не остынет и термопредохранитель не включится.

    Второй вариант принципиальной схемы все того же инвертора Ресанта 140 отличается не большими изменениями в самом управляющем блоке, ну например транзистор подающий питание на UC3845 открывается через стабилитрон. Питание управление организовано от отдельно блока питания, который выдает 4 напряжения:

    15 вольт для питания управления, которые стабилизируются дополнительной КРЕНкой, вольт 12 для вентилятора и два напряжения для оптодрайверов силовых транзисторов. Величина должна быть порядка 25 вольт.

    Оптодрайверы управляют силовыми транзисторами через дополнительный формирователь отрицательного напряжения, выполненный на R6-D5 и R9-D6. Подача отрицательного напряжения на затворы силовых транзисторов значительно уменьшает время их закрытия, следовательно уменьшается нагрев транзисторов.
    Софтстарт второго варианта сварочного инвертора тоже организован несколько иначе – пока горит светодиод оптрона транзистор Q3 будет закрыт, но нагреваясь термистор RV2, имеющий отрицательную зависимость сопротивления от температуру увеличивает свое сопротивление и светодиод тухнет, тем самым разблокируя базу Q3 и реле софтстарта включается.
    Откровенно говоря и в первом варианте схемы инвертора и во втором включение реле происходит довольно медленно и не зависит от состояния схемы управления, что может приводить к подгоранию контактов реле.
    На последок остается добавить, что я собираю информацию по используемым в сварочных инверторах компонентам и результаты поисков свожу в таблицу с краткими характеристиками. ПОСМОТРЕТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ.

   

Осциллограмма выходного напряжения без нагрузки.

Осциллограмма выходного напряжения инвертора при нагрузке 60 А.

Осциллограмма выходного напряжения инвертора Ресанта при сработанной защите.

   

   

    Небольшая подборка принципиальных схем сварочных инверторов РЕСАНТА сложены в АРХИВ. Кроме принципиальных схем сварочных аппаратов приведены несколько пособий по ремонту, несколько фотографий внутренностей инверторов, несколько паспортов.

 

 

 

 

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

Инверторы с чистым и модифицированным синусом для сети 220В и их работа с различными электроприборами

Содержание:

1.        Вступление. Описание рассматриваемых типов инверторов: трансформаторный, с вч преобразованием, с синусоидальной формой напряжения.
2.        Виды электроприборов с активным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
3.        Виды электроприборов с индуктивным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
4.        Виды электроприборов с емкостным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
5.        Виды электроприборов с выпрямителем на входе и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
6.        Сводная таблица отличий в работе различных типов инверторов с различными типами нагрузок. Заключение.

1.        Вступление. Описание рассматриваемых типов инверторов: трансформаторный, модифицированный синус, чистый синус.

Инвертор- прибор преобразующий постоянное напряжение в переменное. Потребность в инверторах существует для решения задачи питания устройств для бытовой сети 220В 50Гц от источников постоянного напряжения, например аккумуляторов. С развитием электроники эта задача решалась все более сложными методами, дающими более качественные параметры выходной электроэнергии. Однако на практике применяются как современные, так и более архаичные приборы, поэтому рассмотрим основные типы инверторов в историческом порядке.
Первыми появились инверторы на основе трансформаторов работающих на частоте сети 50Гц. Блок-схема инвертора приведена на рис. №1.

Рис. №1. Блок-схема трансформаторного инвертора.

Источник энергии постоянного тока, в самом распространенном случае аккумулятор 12В, подключается к трансформатору через трехпозиционный коммутатор. Коммутатор представляет собой набор электронных ключей, обеспечивающий 3 состояния: к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания положительной полярностью, к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания отрицательной полярностью и состояние когда первичная обмотка закорочена. Последовательно переключая эти состояния, на первичной обмотке формируется переменное напряжение частотой 50Гц и амплитудой 12В. На вторичной обмотке трансформатора при этом формируется напряжение с той же частотой и формой, однако эффективное напряжение составляет 220В. Графики напряжения на трансформаторе приведены на рис. №2. Выходное напряжение снимается с вторичной обмотки, поэтому имеет такие же параметры.

Рис. №2. Графики напряжения на трансформаторе

Данная форма напряжения называется «модифицированная синусоида» и широко применяется в инверторах для сети 50Гц, поэтому параметры, описывающие ее, рассмотрены более подробно. Вообще параметры, задающие форму модифицированной синусоиды, это амплитуда выходного напряжения и коэффициент заполнения, показывающий отношение длительности импульса к периоду сигнала. Эти параметры задаются при конструировании инверторов. Из соображений того, что инвертор должен заменять сеть 220В 50Гц, обычно выбирается амплитудное значение напряжения модифицированной синусоиды такое же, как и в сети, то есть 311В. При этом, чтобы обеспечить эффективное напряжение 220в, такое же как и в сети, коэффициент заполнения получается 0.5. Однако в инверторе этого типа амплитуда выходного напряжения получается зависящей прямо пропорционально от напряжения источника. Если в качестве источника энергии используется аккумулятор, а это самый распространенный случай, то его напряжение при разряде понижается, и амплитуда модифицированной синусоиды на выходе преобразователя также понижается, соответственно понижается и эффективное значение напряжение на выходе преобразователя. Для того чтобы улучшить качество энергии на выходе преобразователя в этих условиях часто применяют схемы управления, которые изменяют коэффициент заполнения выходного напряжения таким образом, чтобы поддерживать эффективное напряжение неизменным. Например, инвертор, рассчитанный на напряжение источника 12В, работает от разряженного аккумулятора с напряжением 10В. При этом амплитудное напряжение на выходе снижается пропорционально до 259В. Схема управления изменяет коэффициент заполнения выходного напряжения до 0.72, при этом эффективное напряжение остается равным 220В. Однако форма напряжения и его амплитуда меняется, что может быть недопустимо для некоторых нагрузок, что будет показано далее.
Так как основным элементом инвертора этого типа является трансформатор 50Гц, возможности по миниатюризации, уменьшении материалоемкости и повышении эффективности работы инвертора весьма ограничены. Поэтому на основе современной элементной базы были разработаны инверторы с вч преобразованием. Блок-схема такого инвертора приведена на рис. №3.

Рис. №3. Блок-схема инвертора с вч преобразованием.
Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного преобразователя постоянного напряжения (dcdc преобразователь). Данный блок преобразует входное напряжение в напряжение, соответствующее амплитуде сетевого напряжения, 311В. Это преобразование происходит с помощью трансформатора, работающего на повышенной (десятки и сотни килогерц) частоте, поэтому габариты и материалоемкость инвертора значительно уменьшились. Выходное напряжение преобразователя подается на коммутатор, аналогичный коммутатору в инверторе трансформаторного типа. График выходного напряжения коммутатора имеет такой же вид, как и напряжение на выходе коммутатора в трансформаторном инверторе, однако амплитуда напряжения достигает 311В. Выход коммутатора является выходом инвертора, и график выходного напряжения соответствует напряжению на вторичной обмотке трансформатора в трансформаторном инверторе (рис.2). Соображения насчет формы выходного напряжения, изложенные выше, справедливы и для данного типа инвертора. Изменение же формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения может происходить либо нет, это зависит от топологии dcdc преобразователя. Если преобразователь стабилизированный, то при изменении входного напряжения выходное напряжение преобразователя не изменяется. При этом также форма и амплитуда выходного напряжения инвертора не изменяется. Однако существуют и более простые разновидности dcdc преобразователей, которые не являются стабилизированными, и выходное напряжение которых пропорционально входному. Для инверторов, собранных на основе таких преобразователей, справедливы заключения насчет изменения выходного напряжения для трансформаторных инверторов.
С развитием электроники появилась возможность создать инверторы с синусоидальной формой напряжения на основе вч преобразования электрической энергии. С помощью данных инверторов возможно получение выходного напряжения, удовлетворяющего стандартам на качество электроэнергии в энергетике, что невозможно для преобразователей ранее рассмотренных типов. Блок-схема инвертора приведена на рис. №4.

Рис. №4. Блок-схема инвертора с синусоидальным выходным напряжением.

Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного преобразователя постоянного напряжения, как и в инверторе с вч преобразованием, рассмотренном ранее. Выходное напряжение инвертора может быть различным в зависимости от конструкции, однако оно должно быть выше амплитудного напряжения сети, то есть выше 311В. Выходное напряжение преобразователя поступает на вч инвертор (dc/ac), представляющий собой управляемый понижающий импульсный преобразователь. Данный преобразователь может устанавливать на своем выходе напряжение по сигналу от схемы управления в диапазоне от нуля до напряжения питания, то есть до напряжения больше 311В. Вч инвертор обычно содержит два таких канала по мостовой схеме, таким образом, напряжение между их выходами может достигать от -311В до +311В, как и в сети 220В. Графики выходного напряжения по обоим выходным проводам и результирующее выходное напряжение инвертора представлены на рис. №5. Из графиков следует, что схема управления подает особый сигнал на каждый канал вч преобразователя, изменяющийся во времени таким образом, что выходное напряжение каждого канала вч преобразователя изменяется по синусоидальному закону с частотой 50Гц, и смещено по фазе на 180? между каналами. Напряжение же между выходами представляет собой синусоиду без постоянной составляющей амплитудой 311В. Изменение формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения не происходит вследствие того что либо dc/dc преобразователь либо вч инвертор исполняются стабилизированными, то есть выходное напряжение не зависит от входного.

Рис. №5. Графики напряжения на выходах инвертора.

2.        Виды электроприборов с активным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с активным характером сопротивления распространены повсеместно. К ним относятся различные виды нагревательных приборов, а также осветительные приборы на основе ламп накаливания. Также распространены комбинированные нагрузки, в которых кроме основного потребителя с активным характером сопротивления присутствуют другие потребители с различным характером сопротивления, однако мощность этих потребителей значительно ниже. Например, нагревательный элемент со схемой контроля температуры. Такие нагрузки также можно считать приближенными к активными, степень приближения определяется отношением мощностей основной активной нагрузки и дополнительной не активной. Вообще активная нагрузка является наиболее простым видом нагрузки для инвертора, потому что выходной ток инвертора в любой момент времени, то есть при любом мгновенном значении выходного напряжения, ограничен и определяется законом Ома. Поэтому допустима любая форма выходного напряжения инвертора, например модифицированная синусоида. Также весь выходной ток инвертора идет на создание выходной активной мощности, поэтому эффективность работы (величина коэффициента полезного действия) инверторов любого типа будет максимальна при данном типе нагрузки.
Для корректной работы активных нагрузок важно лишь среднеквадратичное значение напряжения, а все рассмотренные ранее типы инверторов способны выдавать такое же среднеквадратичное напряжение, как и сеть 220В. Однако потенциально важным моментом для работы с активной нагрузкой является способность инвертора выдавать постоянное среднеквадратичное напряжение при изменяющемся напряжении питания. Все рассмотренные ранее типы инверторов имеют такую возможность при соответствующих функциях системы управления, однако каждая конкретная модель инвертора может иметь или нет подобную функцию.
Также нагрузки с активным характером сопротивления могут быть линейными или нелинейными, то есть сопротивление нагрузки может быть постоянным или меняющимся во времени. Типичным примером нелинейной нагрузки является лампа накаливания, причем отличие в сопротивлении в горячем и холодном состоянии может достигать 10 раз. При работе инвертора с таким типом нагрузки может возникать кратковременное, но значительное увеличение тока нагрузки. В этом случае возможна потеря работоспособности инвертора из-за срабатывания защиты по максимальному выходному току. Однако работа схемы защиты не зависит от типа преобразователя, поэтому различия между работой различных моделей инверторов будут происходить из-за различия в системах защиты, а не из-за принципиального различия в типах инверторов.
Различие между типами инверторов с различной формой        выходного напряжения можно оценить с помощью частотного анализа по гармоническому составу выходного напряжения. Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения содержат в спектре выходного напряжения только основную гармонику 50Гц. Инверторы же с выходным напряжением в виде модифицированной синусоиды содержат в спектре выходного напряжения также высшие нечетные гармоники значительной амплитуды. Так как форма выходного тока при активной нагрузке повторяет форму напряжения, то подобные заключения будут справедливы и про спектр выходного тока. Практически оценить различия в форме выходного тока можно по производимому им акустическому эффекту. Акустический эффект может иметь различную физическую природу, например сила Ампера, вынуждающая колебаться проводники с током, или магнитострикционный эффект в материалах, находящимся в магнитном поле, возбуждаемом током. Акустический эффект может возникать во всех участках последовательной выходной цепи, например в потребителе или соединительных проводах, или в самом инверторе. Человек способен на слух различать гармонический состав производимого акустического эффекта. Так, звук от инвертора с синусоидальной формой выходного напряжения ощущается как однотонный гудящий (низкочастотный) шум. А звук от инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды более тембрально окрашен, с выраженными обертонами, более походящий на стук.

3.        Виды электроприборов с индуктивным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с индуктивным характером сопротивления часто встречаются в технике и в быту. К этим приборам относятся электровибрационные приборы, например бритвы и насосы, осветительные приборы с индуктивными балластами, электромеханические реле, электрические двигатели.
Реальная индуктивная нагрузка представляет собой частично чистую индуктивность и частично активную нагрузку. Для описания индуктивной нагрузки возможно использовать последовательную модель, в которой нагрузка представляется в виде последовательно соединенных индуктивности и сопротивления. Для описания соотношения влияния этих элементов на выходной ток преобразователя используют параметр «коэффициент мощности (КМ)», который определяет отношение активной мощности к полной мощности. При индуктивной нагрузке КМ<1. Таким образом, полная мощность, потребляемая нагрузкой с индуктивным характером сопротивления, будет больше, чем активная мощность, обычно указываемая на электроприборе в качестве номинальной. Поэтому индуктивная нагрузка представляет собой более сложный вид нагрузки для инвертора, потому что выходной ток инвертора идет как на создание выходной активной мощности, так и на запасание энергии в индуктивности (реактивная мощность). Потери энергии в инверторе при работе на нагрузку с индуктивным характером сопротивления будут больше чем при работе на нагрузку с активным характером сопротивления такой же номинальной (активной) мощности. Это очень важное свойство, поскольку часто при эксплуатации инверторов именно уровень потерь энергии, то есть тепловая мощность, нагревающая инвертор, является определяющей для обеспечения работоспособности. Однако для разных типов инверторов степень увеличения потерь при индуктивной нагрузке разная. Это связано с тем, что при различных топологиях построения инверторов путь выходного тока, нагревающего преобразователь, может быть различен и захватывать разное количество составных блоков преобразователя. Рассмотренные типы инверторов относительно данного вопроса разделяются на два вида: однокаскадные и двухкаскадные. Однокаскадным инвертором является трансформаторный инвертор. Выходной ток инвертора проходит через весь инвертор: через выходной трансформатор, в трансформированном виде через ключи инвертора и через источник входного напряжения. При этом нагреваются все вышеназванные компоненты цепи и потери велики. Отличием двухкаскадных инверторов является наличие внутреннего звена постоянного тока. Инвертор с вч преобразованием, с формой выходного напряжения как модифицированной синусоидой так и с чистым синусом, является двухкаскадным инвертором. Он содержит емкостной накопитель энергии на выходе dcdc преобразователя, через который протекает часть реактивного выходного тока. Поэтому через входную часть преобразователя, то есть через dcdc преобразователь и источник входного напряжения, протекает значительно меньшая величина переменного тока, и соответственно эти блоки инвертора меньше нагреваются. Поэтому двухкаскадные типы инверторов могут иметь КПД выше, чем однокаскадные для данного типа нагрузок.
При работе потребителей с индуктивным характером нагрузки от различных типов преобразователей проявляется различие эффективного тока нагрузки. Данный эффект существует потому что для индуктивной нагрузки кроме эффективного напряжения важно еще и среднее значение напряжения за период. Этот вывод следует из закона электромагнитной индукции, согласно которому размах амплитуды переменного тока на индуктивности пропорционален приложенным вольт - секундам (В*С). А среднее напряжение для синусоиды с эффективным напряжением 220В и для модифицированной синусоиды с пиковым напряжением 311В и эффективным напряжением 220В весьма различно и составляет 198В и 156В соответственно. Для определения численного значения различия эффективного тока и активной мощности нагрузки произведено моделирование в среде micro-cap, результаты которого представлены на рис.№6. В качестве нагрузки при моделировании использовалась RL цепочка с КМ=0.7, т.е. ее активное сопротивление и модуль индуктивного сопротивления равны и составляют по 100Ом (величина индуктивности 318мГ).

Ток в нагрузке. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий - при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Активная энергия, выделяющаяся в нагрузке. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий - при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Рис. №6. Графики тока и потребления активной энергии при индуктивной нагрузке.

Из графиков следует, что активная энергия более эффективно потребляется при синусоидальном источнике напряжения, причем разница составляет 16%. Такая же разница будет и в активной мощности. То есть, если подключить нагрузку, предназначенную для работы от сети 220В к инвертору с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды, то потребляемая активная мощность снизится на 16% . Эффективный ток при этом снизится на 9% . Для функционирования нагрузок данное понижение активной мощности будет иметь негативные последствия: электровибрационные приборы понизят механическую мощность, осветительные приборы будут светить тусклее.

4.        Виды электроприборов с емкостным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с емкостным характером сопротивления редко применяются как законченный блок, однако часто встречаются как часть других электроприборов, например емкостные компенсаторы реактивной мощности или фазосдвигающие емкостные цепи для электродвигателей. Так как остальные виды нагрузок рассматриваются в других разделах, имеет смысл рассмотреть отдельно работу инверторов различных типов на реальную емкость. Модель реальной емкости учитывает потери энергии в сопротивлении выводов применяемых конденсаторов и представляет собой последовательно включенные идеальный конденсатор и эмулирующий сопротивление выводов резистор.
Сначала рассмотрим работу инвертора с формой выходного напряжения в виде чистой синусоиды на реальную емкость. Процессы, протекающие в этой цепи аналогичны процессам при работе такой же нагрузки от сети 220В. Как известно, конденсатор в цепи переменного тока представляет собой реактивную нагрузку, то есть полная мощность нагрузки большей частью состоит из циркулирующей от нагрузки к сети и обратно реактивной мощности и лишь небольшая часть полной мощности представляет собой активную мощность потерь. При этом полезный эффект нагрузки создает именно реактивная мощность, а активная мощность представляет собой паразитный эффект, нагревающий как саму нагрузку так и инвертор. Величина активной мощности, выделяющейся в инверторе, пропорциональна выходному сопротивлению инвертора.
Теперь же рассмотрим работу на такую же нагрузку инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды. Для получения наглядных результатов использовалось моделирование в среде micro-cap. Модель инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды представляет собой источник напряжения с формой модифицированной синусоиды и последовательно включенного сопротивления потерь Rг. Для сравнения использовалось моделирование схемы с той же самой нагрузкой, но работающей от источника переменного напряжения 220В 50Гц с таким же выходным сопротивлением. Схемы для моделирования представлены на рис. №7. Номиналы элементов типичны для обычных применений и составляют: Сн=10мкФ, Rн=Rг=1Ом.

Рис. №7. Схемы для моделирования в среде micro-cap
Результаты моделирования представлены на рис. №8. Из графиков тока нагрузки видно, что форма и амплитуда токов весьма различны. Ток нагрузки с синусоидальным источником напряжения имеет также синусоидальную форму и амплитуду 977мА, а ток нагрузки с источником напряжения в виде модифицированной синусоиды имеет вид экспоненциальных импульсов с амплитудой 152А и весьма короткой (десятки микросекунд) длительностью. Такие различия обусловлены тем, что в случае с источником напряжения в виде модифицированной синусоиды конденсатор заряжается от импульсного источника напряжения с высокой скоростью изменения напряжения, для которого конденсатор имеет низкое сопротивление. Поэтому напряжения на сопротивлениях потерь Rг и Rн в импульсе заряда велики и соответственно велики потери. Исходя из графика выделения энергии на сопротивлении потерь, общая мощность потерь составляет для синусоидального источника напряжения 0.95Вт, а для источника напряжения в виде модифицированной синусоиды 98Вт, то есть отличается в сто раз.

Ток в нагрузке. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий - при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Энергия, выделяющаяся в сопротивлении потерь. Красный график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, синий - при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды
Рис. №8. Графики тока и энергии потерь для различных видов источников напряжения.

Можно показать, что мощность потерь при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды не зависит от сопротивления потерь, а только от величины конденсатора. Однако распределение потерь между инвертором и конденсатором пропорционально их внутренним сопротивлениям. Но в любом случае, такой высокий уровень пиковых токов и мощности потерь нежелателен как для инвертора, так и для нагрузки. Немногие типы конденсаторов для сети 220В способны работать с внутренними потерями в 100 раз большими, чем номинальные.
Также высокий уровень токов при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды создает повышенный акустический эффект при работе инвертора. Спектральный состав выходного тока инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды при работе на емкость весьма широкополосен, а амплитуда тока весьма велика, поэтому звуковой эффект производимый этим током весьма громкий и неприятный на слух.

5.        Виды электроприборов с выпрямителем на входе и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с выпрямителем на входе повсеместно встречаются в технике и в быту. К этим приборам относится бытовая электроника с трансформаторным или импульсным блоком питания. Эквивалентная схема подключения такой нагрузки представлена на рис №9. Источник питающего напряжения, в данном случае инвертор, представлен в виде генератора напряжения Vг с сопротивлением потерь Rг. Сам электрический прибор питается выпрямленным напряжением и представлен сопротивлением Rн. Блок питания электроприбора состоит из мостового выпрямителя и фильтрующего конденсатора Сн. Неидеальность конденсатора моделируется последовательным сопротивлением Rк. Сопротивление выпрямителя, входных проводников и трансформатора питания (в случае трансформаторного блока питания) моделируется последовательным сопротивлением Rп.

Рис. №9. Эквивалентная схема подключения электроприбора с выпрямителем на входе.

Работа такой нагрузки сильно отличается при использовании инверторов с различными видами выходного напряжения. Причина этого такая же, как и для емкостной нагрузки и заключается в том, что фильтрующий конденсатор Сн заряжается от входного источника напряжения. Если скорость изменения напряжения велика, как при работе от источника с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды, то потери в элементах цепи увеличиваются многократно. Можно аналитически показать, что при работе от источника с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды общие потери энергии будут зависеть лишь от амплитуды переменной составляющей напряжения на конденсаторе Сн и величины емкости этого конденсатора, и не зависеть от величины сопротивлений Rг, Rп и Rк. От величины этих сопротивлений будет зависеть только распределение потерь среди элементов схемы.
Для получения наглядных результатов снова использовалось моделирование в среде micro-cap. Для сравнения использовалось моделирование схемы с одной и той же нагрузкой, но работающей от инвертора с синусоидальной формой напряжения 220В 50Гц и от инвертора с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды. Номиналы элементов схемы для моделирования составляют: Rн=500Ом, Сн=47мкФ, Rг=Rп=Rк=1Ом. Такие номиналы типичны для блока питания бытовой электроники мощностью 150Вт, например телевизора. Результаты моделирования представлены на рис. №10. Из графиков выходного тока инвертора видно, что форма и амплитуда токов весьма различны для инверторов с различными видами выходного напряжения. Ток инвертора с синусоидальным источником напряжения имеет плавную форму и амплитуду 3.1А, а ток нагрузки с источником напряжения в виде модифицированной синусоиды имеет вид экспоненциальных импульсов с амплитудой 20.2А и весьма короткой (сотни микросекунд) длительностью. Исходя из графика выделения энергии на сопротивлении потерь, общая мощность потерь составляет для синусоидального источника напряжения 3.5Вт, а для источника напряжения в виде модифицированной синусоиды 9.4Вт. Таким образом, общая мощность потерь при работе нагрузки от инвертора с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды почти в 3 раза больше чем при работе той же нагрузки от инвертора с синусоидальной формой напряжения. Так как сопротивления потерь включены последовательно, распределение мощности потерь на каждом конкретном элементе будет тоже сохраняться, поэтому например сам инвертор будет выделять мощности в 3 раза больше, конденсатор и трансформатор блока питания также будут греться в 3 раза больше. Элементы бытовых приборов могут не иметь трехкратного запаса по выходной мощности и выйти из строя в результате питания от инверторов с формой напряжения в виде модифицированной синусоиды.

График тока в нагрузке. Зеленый график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, красный - при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды

Энергия, выделяющаяся в сопротивлении потерь. Зеленый график при источнике напряжения в виде чистой синусоиды, красный - при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды
Рис. №10. Графики выходного тока инвертора и энергии потерь для различных видов инверторов.

Как и для емкостной нагрузки, для нагрузки с выпрямителем на входе, высокий уровень токов при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды создает повышенный акустический эффект при работе инвертора. Спектральный состав выходного тока инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды при работе на нагрузку с выпрямителем на входе весьма широкополосен, а амплитуда тока весьма велика, поэтому звуковой эффект производимый этим током весьма громкий и неприятный на слух. При этом производить звуковой эффект может любой элемент схемы, через который протекает выходной ток инвертора, этот элемент может находиться в инверторе или в подключаемом электроприборе, или в соединительных проводах.

6.        Сводная таблица отличий в работе различных типов инверторов с разными видами нагрузок. Заключение.

Для того чтобы систематизировать выявленные в предыдущих частях статьи отличия в работе различных типов инверторов с разными видами нагрузок была составлена табл. №1. Для сравнения акустического эффекта, тепловых потерь в нагрузке и эффективной мощности для одинаковых нагрузок в качестве отсчета была выбрана сеть переменного напряжения 220В 50Гц. Для сравнения потерь в инверторе разных типов, но с одинаковым выходным сопротивлением, в качестве отсчета был выбран инвертор с синусоидальной формой выходного напряжения.

Табл. №1. Сводная таблица отличий в работе различных типов инверторов с разными видами нагрузок.

.	.	Виды инверторов
Виды нагрузок	Параметры	Трансформаторный	ВЧ модиф. синус	Вч чистый синус
Активная	Эффективная мощность	Как при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
.	Акустический эффект	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
Индуктивная	Эффективная мощность	Меньше чем в сети 220В	Меньше чем в сети 220В	Как при работе от сети 220В
Емкостная	Потери в нагрузке	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
.	Потери в инверторе	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	.
.	Акустический эффект	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
С выпрямителем	Потери в нагрузке	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В
.	Потери в инверторе	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	Больше, чем с инвертором с синусоидальной формой напряжения	.
.	Акустический эффект	Больше, чем при работе от сети 220В	Больше, чем при работе от сети 220В	Как при работе от сети 220В

Как следует из таблицы, применять для питания всевозможных типов нагрузки, не опасаясь негативных эффектов возможно только инверторы с выходным напряжением в виде чистой синусоиды. Инверторы с выходным напряжением в виде модифицированной синусоиды, возможно применять без опасений для питания активных нагрузок при невысоких требованиях к акустическому эффекту.

Перейти в каталог Инверторы

Частотные преобразователи - структура, принцип работы

Внимание! Приведенная ниже информация носит теоретический характер. Если Вам необходимо решить конкретную задачу или разобраться как и какое оборудование следует применить в Вашем случае, воспользуйтесь бесплатной консультацией связавшись с нами одним из указанных вверху данной страницы или на странице "Контакты" способов, либо заполните опросный лист. Инженер службы технической поддержки направит Вам рекомендации на указанный Вами адрес электронной почты. 

 

Частотные преобразователи – это устройства, предназначенные для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.

 

Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети.

 

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

 

Частотные преобразователи, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части разделяются на два класса:

1. С явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.
2. С с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока).
   • Практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше).
   • Способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах, относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.

 

Каждый из существующих классов имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.

 

Исторически первыми появились преобразователи с непосредственной связью (рис. 4.), в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.

 

 

 

 

  

Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. На рис.5. показан пример формирования выходного напряжения для одной из фаз нагрузки. На входе выигрывают у тиристорных действует трехфазное синусоидальное напряжение uа, uв, uс. Выходное напряжение uвых имеет несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно, что частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не более 1: 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.

 

Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя.

 

«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к.п.д. системы в целом.

 

Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:

 

Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются.

 

Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят частотники с явно выраженным звеном постоянного тока (рис. 6.)

 

В частотных преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к.п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.

 

Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока.

 

В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.

 

Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия.

 

Они имеют более высокий КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах (95 – 98%).

 

Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3 — 10 кВ и выше. Однако их цена на один кВт выходной мощности самая большая в классе высоковольтных преобразователей.

 

До недавнего прошлого преобразователи частоты на GTO составляли основную долю и в низковольтном частотно регулируемом приводе. Но с появлением IGBT транзисторов произошел «естественный отбор» и сегодня преобразователи на их базе общепризнанные лидеры в области низковольтного частотно регулируемого привода.

 

Тиристор является полууправляемым приборам: для его включения достаточно подать короткий импульс на управляющий вывод, но для выключения необходимо либо приложить к нему обратное напряжение, либо снизить коммутируемый ток до нуля. Для этого в тиристорном преобразователе частоты требуется сложная и громоздкая система управления.

 

Биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT отличают от тиристоров полная управляемость, простая не энергоемкая система управления, самая высокая рабочая частота.

 

Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя, повысить быстродействие привода в целом.

 

Для асинхронного электропривода с векторным управлением преобразователи на IGBT позволяют работать на низких скоростях без датчика обратной связи.

 

Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в частотных преобразователях снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы и изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.

 

Частотные преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, массой, повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей, лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов.

 

Они позволяют реализовать более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность отказов и повреждений электропривода.

 

На настоящий момент низковольтные преобразователи на IGBT имеют более высокую цену на единицу выходной мощности, вследствие относительной сложности производства транзисторных модулей. Однако по соотношению цена/качество, исходя из перечисленных достоинств, они явно выигрывают у тиристорных, кроме того, на протяжении последних лет наблюдается неуклонное снижение цен на IGBT модули.

 

Главным препятствием на пути их использования в высоковольтном приводе с прямым преобразованием частоты и при мощностях выше 1 – 2 МВт на настоящий момент являются технологические ограничения. Увеличение коммутируемого напряжения и рабочего тока приводит к увеличению размеров транзисторного модуля, а также требует более эффективного отвода тепла от кремниевого кристалла.

 

Новые технологии производства биполярных транзисторов направлены на преодоление этих ограничений, и перспективность применения IGBT очень высока также и в высоковольтном приводе. В настоящее время IGBT транзисторы применяются в высоковольтных преобразователях в виде последовательно соединенных нескольких единичных модулей.

 

Структура и принцип работы низковольтного преобразователя частоты на IGBT транзисторах

Типовая схема низковольтного преобразователя частоты представлена на рис. 7. В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента инвертора.

 

Переменное напряжение питающей сети (uвх.)с постоянной амплитудой и частотой (U вх = const, f вх = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).

 

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (uвыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.

 

С выхода фильтра постоянное напряжение u d поступает на вход автономного импульсного инвертора (3).

 

Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. На рассматриваемом рисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение.

 

 

В инверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения ud в трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение u и изменяемой амплитуды и частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом, система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя.Амплитуда и частота напряжения определяются параметрами модулирующей синусоидальной функции.

 

При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц) обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи.

 

В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора.

 

При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.)

 

Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (вых = var, f вых = var).

 

---

Сделать заказ на частотный преобразователь

ЗАО «Сант», Санкт-Петербург - Схемы

Аннотация. В настоящей статье рассмотрена схема несложного устройства, позволяющего реализовать управление частотным асинхронным приводом. Статья ориентирована на радиолюбителей, интересующихся разработкой и изготовлением самодельных регуляторов частоты вращения асинхронных двигателей, в том числе при питании их от бытовой однофазной сети.

Важное замечание. В статье не рассматриваются вспомогательные системы, без которых построение законченной схемы привода невозможно, а именно: источники питания всех узлов привода, схема сопряжения низковольтной схемы управления и силовой схемы инвертора (драйверы силовых ключей), собственно силовая схема инвертора. Разработка этих узлов остается на усмотрение читателей.

Общие принципы

Частотно-управляемый (или регулируемый) асинхронный привод (далее просто привод) обычно строится по схеме "питающая сеть - выпрямитель - фильтр - трехфазный инвертор напряжения - приводимый асинхронный двигатель (далее - АД)". Питающая сеть может быть как бытовой однофазной, так и промышленной трехфазной, соответственно и выпрямитель делается одно- или трех-фазным. В качестве фильтра, как правило, используются Г-образные LC-фильтры, в системах малой мощности допустимо применение обычного сглаживающего С-фильтра.

Наиболее сложным узлом является инвертор напряжения. Последние годы он строится на основе полноуправляемых силовых ключей - транзисторов (MOSFET или IGBT), а еще совсем недавно применялись схемы на полууправляемых ключах (тиристорах). Задача инвертора - получение из постоянного напряжения регулируемого по частоте и действующему значению трехфазного напряжения. Регулирование частоты особой сложности не вызывает, а вот для регулирования действующего значения напряжения приходится применять ШИМ модуляцию, что далеко не просто.

Управление силовыми ключами инвертора осуществляет по определенному алгоритму специальный управляющий контроллер (иначе говоря - схема управления). Алгоритм управления подразумевает не только реализацию функций регулирования частоты и действующего значения выходного напряжения, но так же и реализацию защиты силовых ключей от перегрузок и КЗ. В некоторых случаях дополнительно реализуются функции регулирования момента на валу АД и другие специфические задачи, неактуальные для любительского применения.

Разработка схемы управления инвертором с полным набором функций - задача слишком сложная, чтобы рекомендовать ее широкому кругу любителей электроники, однако в усеченном, но достаточном для бытового применения (и даже для некоторых особых промышленных случаев, например, приводов вентиляции) решить ее возможно - см. статьи в журналах Радио №4 за 2001 г. и №12 за 2003 г. К сожалению, в этих конструкциях есть несколько недостатков, в частности, невысокая стабильность параметров из-за смешанного полуаналогового-полуцифрового подхода, непроработанность систем защиты и др. Попытка избавиться от этих недостатков и одновременно расширить функциональные возможности системы управления вылилась в создание схемы управления инвертором напряжения на недорогом микроконтроллере (см. Рисунок 1), которая и предлагается к повторению.

Рисунок 1. Принципиальная схема управления инвертором.

Описание принципиальной схемы

Краткие характеристики и особенности:

• формирование последовательности импульсов управления силовыми ключами по алгоритму, реализующему линейную зависимость действующего значения напряжения от частоты;
• регулирование частоты выходного напряжения инвертора от 5 до 50 Гц;
• быстродействующая защита силовых ключей инвертора от токов КЗ;
• возможность использования в качестве датчика тока схемы защиты как специализированного датчика (например, фирмы LEM), так и обычного шунта;
• возможность подключения дополнительного дисплея с последовательным интерфейсом для индикации текущей и заданной частоты;
• чрезвычайная простота схемы - всего 4 микросхемы, включая микроконтроллер.

В схеме используется недорогой микроконтроллер AT89C2051-24PI. Он реализует все требуемые функции по специально разработанной программе.

Разъем XP3 служит для подключения напряжения питания схемы управления 5 В (контакты 1 и 4), а так же для подключения к схеме драйверов силовых ключей инвертора (контакты 12 - 17).

Разъем XP1 служит для подключения сигнала с датчика тока инвертора. Если используется датчик тока фирмы LEM или аналогичный, то обязательно наличие нагрузочного резистора R0, его сопротивление определяется типом датчика. Если в качестве датчика используется шунт, то этот резистор не нужен. Шунт должен быть рассчитан так, чтобы при наличии тока КЗ в цепи постоянного тока инвертора на нем падало напряжение от 3 до 5 В. Если напряжение существенно ниже, может потребоваться дополнительный каскад усиления.

Схема защиты построена на компараторе DA1A и триггере DD1.1 и работает так. Напряжение с датчика тока через защитную цепь R1-VD1 поступает на неинвертирующий вход компаратора DA1.A, а на инвертирующий его вход поступает пороговое напряжение с подстроечного резистора R2. Когда напряжение с датчика тока превысит пороговое, компаратор сработает, и высокий логический уровень с его выхода поступит на тактовый вход триггера DD1.1, который переключится и сигналом со своего вывода 5 переведет микроконтроллер в состояние сброса. При включении питания триггер DD1.1 устанавливается в состояние сброса при помощи цепи R5-C1. Чтобы сбросить схему защиты в рабочее положение и запустить тем самым инвертор, следует кратковременно нажать на кнопку SB1.

Когда поступление сигнала сброса на микроконтроллер DD2 прекратится, он начнет выполнение своей программы. Сначала происходит внутренняя инициализация микроконтроллера, а затем подается сигнал разрешения работы шинного буфера DD3 "GATE". Этот буфер используется для быстрого отключения выходных управляющих сигналов при срабатывании защиты, т.к. при поступлении сигнала сброса на микроконтроллер на всех его выходных портах устанавливается высокий логический уровень, в том числе и на линии "GATE", что переводит выходы DD3 в Z-состояние. Благодаря резисторам R9-R14 на выходах схемы управления, помеченных "VT1" - "VT6", устанавливается низкий логический уровень, что соответствует запертому состоянию всех силовых ключей инвертора. Светодиод HL1 индицирует режим работы схемы управления: зеленое свечение "работа", красное - "защита".

Такое построение схемы защиты обусловлено тем, что быстродействия современных недорогих микроконтроллеров явно недостаточно для реализации защиты программными средствами. Это относится не только к используемому микроконтроллеру, но так же и к более быстродействующим AVR и PIC.

При помощи резистора R8 устанавливается желаемое значение частоты выходного напряжения инвертора. Вне зависимости от положения движка R8, сразу после начала работы инвертор формирует выходные сигналы для частоты напряжения в 5 Гц. Затем, проанализировав положение движка этого резистора, микроконтроллер начинает постепенное повышение частоты до заданного уровня. Изменение частоты происходит дискретно с шагом в 1 Гц, причем скорость изменения установлена в 2 Гц/сек. Это сделано для исключения скачкообразного изменения выходной частоты, что может привести к возникновению ударных токов в АД и механическим перегрузкам в приводном механизме.

К разъему XP2 можно подключить дисплей с последовательным интерфейсом, при помощи которого отображаются заданное и текущее значения частоты, для работы схемы наличие дисплея необязательно. В авторском варианте применен простейший дисплей на шести семисегментных светодиодных индикаторах и шести регистрах с последовательным вводом и параллельным выводом данных.

Рисунок 2 Чертеж сторон печатной платы (верхняя слева).

Рисунок 3 Расположение элементов на плате.

Для схемы управления разработана печатная плата (см. Рисунок 2). Размещение элементов схемы показывает Рисунок 3. В качестве разъемов использованы штыревые вилки типа PLS. Микроконтроллер DD2 устанавливается в панель, чтобы обеспечить возможность перепрограммирования. Двухцветный светодиод - любой, кристалл красного свечения подключается к резистору R16. Кнопка SB1 - любая тактовая, подстроечный резистор R3 типа СП5-16, переменный R8 - любой. Тип резисторов и конденсаторов принципиального значения не имеет, важно только, чтобы напряжение электролитических конденсаторов было не менее 10 В. Неэлектролитические конденсаторы - дисковые керамические.

Алгоритм работы схемы управления поясняют диаграммы выходных сигналов и соответствующие им диаграммы выходных напряжений инвертора (при активной нагрузке) - см. Рисунок 4 и Рисунок 5. Длительность импульсов 1,11 миллисекунды, а длительность паузы между ними (внутри пачки) зависит от частоты, и при частоте выходного напряжения инвертора 50 Гц составляет около 20 микросекунд (защитный интервал, полностью исключающий возможность возникновения сквозных токов в инверторе).

Рисунок 4 Диаграмма выходных сигналов схемы управления.

Рисунок 5 Форма выходных напряжений инвертора при активной нагрузке.

Схема управления была испытана с использованием мощного инвертора на IGBT транзисторах MBN1200C33 (HITACHI), к которому подключался АД мощностью 55 кВт с номинальной частотой вращения 1500 мин-1, нагруженный на центробежный вентилятор. Сбоев в работе схемы управления не было. Фактическую форму напряжений на выходе инвертора с вышеуказанным АД демонстрируют осциллограммы - см. Рисунок 6 и Рисунок 7.

Рисунок 6 Фазные напряжения на двигателе.
Частота 20 Гц, 200В/дел. по вертикали, 5 мс/дел. по горизонтали.

Рисунок 7 Фазные напряжения на двигателе.
Частота 50 Гц, 200В/дел. по вертикали, 5 мс/дел. по горизонтали.

Качественные изображения схемы, рисунка проводников печатной платы, бинарный файл прошивки, можно скачать в разделе закачки файлов , а некоторые дополнительные сведения об особенностях построения остальных, не рассмотренных в настоящей статье, узлов привода и инвертора можно получить из дополнительной статьи-приложения, находящейся там же.

Источник:

Инвертор - принцип работы, типы, применение и конструкция

Содержание (нажмите для быстрого перехода)

Инвертор что это такое?

F ( Power Inverter, German Wechselrichter ) используется для преобразования Direct Current (DC) к переменному току (AC) , с актуальной частотой. напряжения в электрооборудовании.В противоположной ситуации, т.е. когда мы хотим преобразовать переменный ток в постоянный, мы используем выпрямитель. Очень часто можно встретить название преобразователи частоты ci, что просто альтернативный термин для инверторов, именно из-за возможности регулирования частоты напряжения. Благодаря инверторам можно, в том числе, регулировать пуск и скорость вращения электродвигателей. Например, увеличение или уменьшение частоты напряжения в указанном электродвигателе вызывает изменение скорости вращения его ротора.В дальнейшей части статьи обсуждаются виды, принципы работы и применение инверторов в современных электрических системах.

Инвертор Принцип работы

Отличительной особенностью инверторов является форма и качество выходного сигнала, т.е. изменение напряжения переменного тока во времени. Обычно она соответствует синусоидальной функции, аналогичной кривой напряжения, генерируемой синхронным генератором. Как правило, индукторы с механическим контактом производят только напряжение прямоугольной формы, которое в лучшем случае подходит для работы с простыми потребителями, такими как, например, лампочки.С другой стороны, современные электронные инверторы обеспечивают чистое, точное синусоидальное выходное напряжение, не отличающееся от напряжения синхронного генератора. Конечно, решающим фактором качества инвертора является эффективность преобразования мощности. Большой вопрос заключается в том, какая часть постоянного тока на другой стороне выходит в виде переменного тока? Лучшие инверторы достигают эффективности более 98 процентов и, следовательно, близки к физически возможному пределу. Этот КПД выражает отношение эффективной электрической выходной мощности переменного тока к электрической входной мощности постоянного тока и определяется по формуле:

η = P (AC) / P (DC)

AC) - выходная мощность переменного тока

P (DC) - входная мощность постоянного тока

При преобразовании энергии в инверторе некоторые потери вырабатываются в виде тепла, из-за чего инверторы просто нагреваются.Для улучшения условий эксплуатации, в том числе для уменьшения нагрева, инверторы часто оснащаются вентиляторами и радиаторами для охлаждения электронных компонентов.

Следующий критерий касается режима работы . Подключенные к сети инверторы, используемые в большинстве фотоэлектрических систем, адаптируются к сети питания по частоте и фазе. Они синхронизируются с сетью, чтобы принести туда солнечную энергию. Однако в случае источников бесперебойного питания и других автономных систем используются так называемые независимые инверторы.Такие инверторы автоматически определяют частоту и напряжение генерируемого переменного тока и поэтому могут выполнять функцию генератора сети.

Строительство инвертора

Рис. Строительная пластина инвертера Lenze 8200 вектор 1-фаза

A) Контрольная пластина с электрической проводящей поверхностью

B). монтируйте экран как можно дальше от поверхности к пластине экрана (PES)

C) 2-полюсная клемма для заземления двигателя и экрана двигателя

D) Заземление кабеля двигателя (PE)

E) Экран кабеля двигателя

F) Низкий мощность экранированного кабеля двигателя ( Ƽyła / Ƽyła 1.5 мм2 £ 75 пФ/м; ab 2,5 мм2 £ 100 пФ/м; Жила/экран £ 150 пФ/м)

G) Экранированный кабель с положительным температурным коэффициентом или кабель с термоконтактом

H) Закрепите экран кабеля на большой площади на пластине экрана (PES). Используйте прилагаемые зажимы экрана.

I) Соединение по схеме «звезда» или «треугольник» в соответствии с паспортной табличкой двигателя

J) Кабельный разъем ЭМС (не входит в комплект поставки)

Режим работы — от контактных инверторов до современных полупроводниковых инверторов

Режим работы инвертора работает лучше всего объяснить по аналогии с его технологической разработкой : от чисто механического контактного инвертора к современным инверторам на основе полупроводников.

90 100 Контактный инвертор

Контактный инвертор работает по тому же принципу, что и устройство под названием молоток agner ow - ток - ток возбуждения прерывается, реле вибрирует то гаснет, то снова включается ток возбуждения. Затем весь процесс начинается сначала.

Реле также может переключать полярность выходного напряжения. Частота выходного напряжения в таком инверторе обусловлена ​​инерционностью реле, которая изменяется с помощью маховика.Из-за различных недостатков, таких как высокое потребление, сильный шум и помехи от контактных искр, этот тип инверторов в настоящее время больше не используется.

Одним из наиболее интересных технических решений, применявшихся, например, для освещения вагонов поездов с батарейным питанием, была замена контактов реле токопроводящим потоком жидкой ртути, который вращался в закрытом корпусе и поочередно проходил через две контактные точки .

Решающий прорыв произошел с развитием полупроводниковой техники: силовые транзисторы в качестве электронных переключателей позволили создавать гораздо более эффективные устройства - без искрения, шума и механического износа.Схема H-моста, используемая до сих пор, составляет основу каждого инвертора . Четыре полупроводниковых ключа (сейчас часто IGBT транзисторы ) открываются и закрываются поочередно попарно в поперечном направлении так, что полярность среднего "моста" каждый раз меняется. Временной контроль полупроводников определяет частоту смены полярности и, следовательно, выходное напряжение переменного тока. В простейшем случае переключение 100 раз в секунду между состояниями переключателей «S1+S4 разомкнут» и «S2+S3 разомкнут» приведет к появлению прямоугольного переменного напряжения с частотой 50 Гц.

Таким образом, , первые полупроводниковые инверторы серии , в которых первоначально использовались тиристоры в качестве переключающих элементов, быстро зарекомендовали себя как прочные и надежные. Однако с дальнейшим развитием полупроводниковых технологий возможно гораздо больше. Современные силовые транзисторы имеют максимальные частоты c и частоты переключения 10000 Гц , поэтому они могут переключаться намного быстрее, чем это потребовалось бы для выходной частоты 50 Гц.Это именно то, что вы можете сделать с помощью Pulse Width Modulation Technique PWM (рис. 1). Мостовая схема с гораздо более быстрой тактовой частотой генерирует множество коротких импульсов напряжения различной длительности (ширины импульса), которые дают желаемый усредненный по времени выходной сигнал. Таким образом, Импульсное напряжение может модулировать любую форму сигнала - очевидно, для инверторов желаемую синусоидальную кривую .

Рис. 1.Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Использование в конструкции инверторов c ewk и индуктивных ej позволяет сгладить сигнал короткого импульса (ФНЧ) - что приводит к чистое синусоидальное переменное напряжение. Для достижения необходимого уровня напряжения (230В, 400В или 20000В) за Н-мостом инвертора обычно следует трансформатор , дополнительно обеспечивающий гальваническую развязку сетей переменного и постоянного тока.

Помимо инверторов с трансформаторами, есть также инверторы безтрансформаторные . Эти устройства меньше по размеру, соответственно легче и обеспечивают несколько лучшую производительность. Требуемый уровень выходного напряжения здесь достигается с помощью повышающего преобразователя , который подключается перед H-мостом инвертора.

Источники питания для инверторов

По источнику питания инверторы подразделяются на:

- инверторы напряжения

- инверторы тока

90 100 инверторы напряжения 90 103

9 инверторы напряжения

9 VSI - V oltage S ource I nverter) представляют собой группу инверторов, в которых входное напряжение (на конденсаторе фильтра) является постоянным. Выходное напряжение регулируется широтно-импульсным управлением (ШИМ). Напряжение на выходных клеммах инвертора имеет форму, очень похожую на синусоиду, создаваемую в результате коммутации (тактирования) входного напряжения. Синусоидальная волна, как показано на рисунке выше, состоит из импульсов регулируемой ширины (ШИМ).На входе инвертора есть конденсатор, а тактирование напряжения осуществляется переключателем, состоящим из транзистора (часто IGBT) или реже тиристора и диода. Это позволяет переключать инвертор между полюсами источника питания независимо от направления протекания в нем тока.

90 100 Токо -инвертор

Текущие инверторы ( CSI - C URRENT S TURCE I NVERTE регулируемая частота.На входе инвертора имеется дроссель для предотвращения колебаний электрического тока и ограничения переменного тока без потери мощности. Одним из преимуществ инверторов тока является большой диапазон регулирования частоты, а при использовании в асинхронных двигателях возможна отдача энергии в сеть при торможении. Кабели и двигатели со стандартной изоляцией можно использовать при создании систем управления благодаря инвертору тока.

Обычно используемые инверторы , а также ilane являются переменными напряжениями однофазными или трехфазными, которые выдают трехфазное напряжение.В зависимости от напряжения питания, для 1-фазного инвертора, т.е. 1x230В, на выходе получается трехфазное напряжение 3x230В. В маломощных двигателях можно использовать однофазные инверторы. В случае большей мощности двигателя стандартом питания такого инвертора является напряжение 3х400В, тогда выходное напряжение - переменное напряжение 3х400В. Работа таких инверторов заключается в том, что переменный ток, питающий инвертор, сначала выпрямляется с помощью неуправляемого диодного выпрямителя или управляемого тиристорного выпрямителя.Затем на основе полученного постоянного напряжения формируются три фазы напряжения, сдвинутые друг относительно друга на 120 градусов.

Типы и управление инверторами

Управление инверторами заключается в выборе соответствующего алгоритма управления.

По способу управления различают следующие типы инверторов :

- скалярное управление

- управление с линейной характеристикой

- управление с квадратичной характеристикой

- векторное управление

скалярный инвертор 8

Что такое скалярный инвертор?

Скалярное управление — простейший метод управления пусковым моментом асинхронного двигателя с инвертором.В случае скалярного управления с линейной характеристикой сохраняется постоянная зависимость между выходной частотой и выходным напряжением U/f=const. Скалярные инверторы используются в более простых устройствах, не требующих точного управления скоростью вращения. Они очень хорошо работают в устройствах с «легким» пуском и там, где момент нагрузки электродвигателя уменьшается с увеличением скорости или относительно постоянен во всем диапазоне ее изменения.

Рис.Скалярный инвертор GD10 2,2 кВт / 400 В

90 100 Регулирование с квадратичной характеристикой

Регулирование с квадратичной характеристикой соответствует U / f² = const. По мере увеличения выходной частоты выходное напряжение становится квадратным. Эти инверторы отличаются энергосбережением, они используются, например, в вентиляторах или для управления приводами в автоматизации зданий.

Векторный инвертор

Что такое векторный инвертор?

Векторное управление является более совершенным и позволяет более точно управлять скоростью двигателя, чем скалярное управление.Векторные инверторы способны поддерживать постоянное значение крутящего момента двигателя во всем диапазоне регулирования частоты вращения. Качество управления двигателем особенно заметно на низких оборотах двигателя, так как они позволяют настроить двигатель с точностью до сотых долей процента. Кроме того, каждый векторный инвертор способен к скалярной операции - линейной y m (U/f) . Дело в том, что они требуют дополнительных компонентов, необходимых для обратной связи.Исключением, однако, является инвертор DTC (прямое управление крутящим моментом), который имеет наиболее совершенный метод управления без обратной связи.

Рис. Векторный инвертор Goodrive20 0,75кВт/400В

При использовании векторного инвертора дополнительно требуется для определения номинальных параметров двигателя , с которым он будет работать. По этой причине большинство новых и начинающих векторных инверторов изначально настроены на скалярный режим управления.При скалярном управлении достаточно указать только частоту, напряжение и ток. С другой стороны, остальные данные, необходимые для векторного управления, относятся к конкретному двигателю и должны вводиться при первом его использовании.

Векторные инверторы далее подразделяются на без датчиков и с обратной связью . Отличие заключается в способе определения частоты вращения ротора двигателя. Для бессенсорных инверторов скорость вращения рассчитывается на основе математической модели двигателя.В случае инверторов с обратной связью фактическое значение скорости измеряется инкрементным энкодером, установленным на валу двигателя.

Вообще говоря, преобразователи частоты со скалярным управлением чаще всего используются в приводах с переменным крутящим моментом, в основном по экономическим причинам. Они снижают затраты, в том числе на энергию. Сама стоимость производства скалярных инверторов дешевле по сравнению с векторными инверторами. Например, с учетом пуска двигателя скалярные инверторы подстраиваются под нагрузку, обеспечивая минимальное количество энергии, необходимое для ее выполнения, тем самым снижая потери энергии.

Одно из различий в управлении между скалярными инверторами и векторным является нет может управлять несколькими двигателями одновременно при использовании векторного инвертора, в то время как это возможно со скалярным инвертором. Стоит отметить, что управляя большим количеством двигателей, скалярный инвертор будет управлять не током от каждого двигателя в отдельности, а только их суммарным током.Для защиты отдельных двигателей от короткого замыкания или перегрузки используются переключатели и двигателей e (тепловые) . Термики имеют два элемента защиты: термопредохранитель и электромагнитный предохранитель . Первый расцепитель служит для защиты обмотки двигателя от перегрузки, а второй, электромагнитный, защищает от короткого замыкания. Кроме того, оба триггера дополнительно чувствительны к повышенной температуре и обрыв фазы.В случае возникновения в двигателе одного из вышеперечисленных нарушений, термик отключит его питание.

Кроме того, при управлении скалярным инвертором заданным значением является фиксированная частота , а скорость вращения ротора уменьшается за счет его скольжения по отношению к генерируемой частоте вращения магнитного поля в статоре (синхронная скорость). Однако поведение самого двигателя не контролируется. Для векторных инверторов заданным значением является скорость вращения ротора , которая постоянно стабилизируется.

Применение инверторов в электродвигателях -

Асинхронные (асинхронные) двигатели применяются для преобразования электрической энергии в механическую. Одной из их особенностей является то, что они намного дешевле , проще по конструкции и надежнее по сравнению с другими двигателями. Они состоят из двух основных частей: неподвижного статора и подвижного ротора. В отличие от синхронных двигателей, ротор асинхронного двигателя не питается от дополнительного источника питания.Напряжение переменного тока, подключенное к обмотке статора, создает переменное магнитное поле, заставляющее ротор вращаться вокруг своей оси. Следует добавить, что ротор вращается со скольжением, т.е. с запаздыванием по отношению к магнитному полю, создаваемому обмоткой статора. Скольжение асинхронного ротора увеличивается с нагрузкой и составляет примерно 2 - 4 %.

Проблема с асинхронными двигателями запуск и отсутствие контроля скорости .Пусковой ток в 4-8 раз превышает номинальный рабочий ток двигателя. Запуск электродвигателей очень быстрый и требует больших затрат энергии и может вызвать отказы, такие как перегрев . Во избежание выхода из строя из-за перегрева во время пуска используются методов снижения напряжения . Например, трехфазные двигатели используют запуск звездой - треугольник . Что это за запуск? Вообще говоря, это метод переключения обмоток двигателя, используемый потому, что пусковой ток необходимо уменьшить для более крупных двигателей. При пуске обмотки трехфазного двигателя соединяются в звезду, такая система маркируется символом Y. Затем обмотки подготавливают к более высокому напряжению. После запуска обмотки переключаются треугольником (символ ∆) для правильного напряжения питания. В результате двигатель при пуске питается от более низкого напряжения, что ограничивает пусковой ток.Стоит отметить, что при таком пуске двигатель нельзя нагружать, т.к. ограничение пускового тока двигателя снижает и его пусковой момент. Кроме того, двигатель должен быть рассчитан на работу в треугольнике. В этом случае на его паспортной табличке должно быть указано обозначение 400 В / 690 В (Δ / A) или 400 В (Δ). Если двигатель должен питаться междуфазным напряжением 400В, то его обмотки должны быть адаптированы к 690/400В.

Рис.2 Соединения для трехфазных систем

Пуск по схеме звезда-треугольник в основном используется в более мощных двигателях или как дополнительный альтернативный метод пуска в случае отказа основного пуска, например, на основе инвертора. В двигателях мощностью до 4–5 кВт можно использовать прямой пуск.

Устройство плавного пуска

Если нет необходимости регулировать скорость вращения двигателя, можно использовать т.н. Устройство плавного пуска . Устройство плавного пуска представляет собой своего рода урезанный инвертор, который в основном ограничивается управлением пусковым током и возможной остановкой двигателя.Он используется во многих промышленных приложениях, особенно в приводах, требующих плавного изменения крутящего момента. С помощью устройств плавного пуска можно, среди прочего, установить продолжительность пуска, что особенно важно в приложениях с высокой инерцией, и контролировать потерю фазы. Кроме того, к некоторым устройствам плавного пуска также можно подключить датчик температуры двигателя.

Инверторы позволяют увеличивать или уменьшать частоту напряжения , тем самым изменяя скорость вращения и регулируя пуск.Однако при изменении частоты необходимо соблюдать пропорциональность напряжению, т.е. напряжение должно уменьшаться или увеличиваться пропорционально частоте. Для этого инверторы дополнительно оснащены широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В асинхронных двигателях скорость вращения ротора на 2–4 % ниже синхронной скорости (скорости вращения магнитного поля) двигателя. Это означает, что в Польше и во всей Европе для частоты электросети 50 Гц синхронная скорость составляет 3000 об/мин, что дает частоту вращения ротора асинхронного двигателя в диапазоне 2800-2900 об/мин.

Передача постоянного тока на большие расстояния

Большинство современных электросетей работают на переменном токе. Это связано с простотой получения такого тока с помощью синхронных генераторов, конструкция и себестоимость которых значительно дешевле машин постоянного тока. Напряжение в системах переменного тока можно легко преобразовать с помощью трансформатора, что снижает потери, вызванные передачей тока на большие расстояния.Для уменьшения потерь, связанных с передачей тока, следует уменьшить ток и повысить его напряжение , которое затем следует понизить до значений, безопасных для конечного пользователя . Отсюда в зависимости от назначения различают сети высокого, среднего и низкого напряжения.

Длина линий электропередачи AC однако ограничена и зависит от типа линии (воздушная, кабельная) и ее нагрузки.Явление зарядки линии , которое происходит особенно в длинных и малонагруженных линиях, приводит к потреблению реактивной мощности и, таким образом, вызывает потери энергии.

Это явление не применяется к линии высокого напряжения CIA PR DC HVDC ( H IGH- V OLTAGE D IRECT C URRENT), потому что этот тип линии нагружен нагрузкой C ), потому что этот тип линии нагружен. только при включении питания или изменении напряжения.В результате минимизируются потери при передаче и, следовательно, становится выгоднее передавать DC на большие расстояния. В линиях постоянного тока перед передачей ток выпрямляется выпрямителем, а на стороне получателя находится инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный.

Применение инвертора - поставщик чистой, экологически чистой электроэнергии

В дополнение к питанию трамваев или зарядных устройств постоянный ток необходим для работы практически каждой электронной схемы. Аккумуляторы , ископаемое топливо , а также популярные в последнее время солнечные батареи или ветряные турбины - будучи чистым и возобновляемым источником электроэнергии - производят только постоянного тока. Инвертор необходим для подачи генерируемого постоянного тока в бытовые розетки. Для большинства ветряных электростанций и всех без исключения фотоэлектрических систем инвертор является интерфейсом к сети, это центральный m элемент em в фотоэлектрических системах.Он отвечает не только за наиболее полное преобразование постоянного тока в переменный, но и обеспечивает работу солнечной батареи в оптимальной рабочей точке, следит за сетью и эффективностью фотоэлектрической системы. Производство солнечной энергии стало самым важным рынком для инверторов в последние годы. Поэтому инверторы имеют большое практическое значение в качестве соединения между двумя энергосистемами постоянного и переменного тока.

.

3 лучшие бестрансформаторные инверторные схемы

Как следует из названия, инверторная схема, которая преобразует постоянный ток в переменный, не полагаясь на катушку индуктивности или трансформатор, называется бестрансформаторным инвертором.

Поскольку трансформатор на основе катушки индуктивности не используется, вход постоянного тока обычно равен пиковому значению переменного тока, генерируемому на выходе инвертора.

Этот пост помогает нам понять 3 схемы инвертора, предназначенные для работы без трансформатора и использующие полную мостовую сеть IC и схему генератора SPWM.

Бестрансформаторный инвертор на ИС 4047

Начнем с топологии H-моста, которая, вероятно, является самой простой по своей форме. Однако технически это не идеальное решение и не рекомендуется, так как оно было разработано с использованием MOSFET с каналом p / n. MOSFET с каналом P используются в качестве MOSFET на стороне высокого напряжения, а MOSFET с каналом n — в качестве MOSFET на стороне низкого напряжения.

Поскольку p-канальные MOSFET используются на верхней стороне, расширение начальной загрузки становится ненужным, что значительно упрощает конструкцию.Это также означает, что эта конструкция не должна полагаться на специальные микросхемы драйверов.

Несмотря на то, что дизайн выглядит круто и привлекательно, у него есть несколько существенных недостатков. Вот почему эту топологию избегают в профессиональных и коммерческих устройствах.

Тем не менее, при правильной сборке его можно использовать в низкочастотных приложениях.

Here is a complete circuit using IC 4047 as a totem astable pole frequency generator

Parts list

All resistors are 1/4 watt 5%

• R1 = 56k
• C1 = 0.1 uF / PPC
• PIN PIN10 / 11 Резистор = 330 Ом - 2NOS
• Резисторы затвора MOSFET = 100K - 2NOS
• Оптоволоны = 4N25 - 2PCS
• МОСФЕТЫ ВЕРНАЯ НАННЕКА P = FQP4P40 - 2NOS
• Нижний канал NOSFETS = IRF740 = 2NOS
• NOSFETS = IRF740 = 2NOS
• . диоды = 12 В, 1/2 Вт - 2 шт

Следующая идея - тоже Н-мостовая схема, но в ней используются рекомендуемые n-канальные мосфеты.Цепь была заказана г-ном Ральфом Вихертом

Основные технические характеристики

Привет из Сент-Луиса, штат Миссури.
Готовы ли вы принять участие в разработке инвертора? Я бы заплатил вам за проект и / или ваше время, если хотите.

У меня Prius 2012 и 2013 годов, а у моей мамы Prius 2007 года. Prius уникален тем, что имеет аккумуляторную батарею высокого напряжения на 200 В постоянного тока (номинальное значение). Владельцы Prius в прошлом использовали этот аккумуляторный блок со встроенными инверторами для вывода собственного напряжения и для работы инструментов и приборов.(Здесь, в США, 60 Гц, 120 и 240 В переменного тока, я уверен, вы знаете.) Проблема в том, что эти инверторы больше не производятся, а Prius до сих пор.

Вот несколько инверторов, которые использовались для этой цели в прошлом:

1) PWRI2000S240VDC (см. приложение) Больше не производится!

2) Emerson Liebert Upstation S (на самом деле это ИБП, но с аккумулятором, рассчитанным на 192 В постоянного тока) (см. приложение.) Больше не производится!

Отлично, я хочу разработать непрерывный инвертор мощностью 3000 Вт, с чистой синусоидой, выходной частотой 60 Гц, 120 В переменного тока (с разделенной фазой 240 В переменного тока, если возможно) и без трансформатора. Вероятно пик 4000-5000 ватт. Вход: 180-240 В постоянного тока. Довольно список желаний, я знаю.

Я инженер-механик с некоторым опытом построения схем, а также программирования микроконтроллеров Picaxe. У меня просто нет большого опыта проектирования схем с нуля.Если нужно, я готов попробовать и потерпеть неудачу!

Проектирование

В этом блоге я уже обсуждал более 100 конструкций и концепций инверторов, указанный выше запрос можно легко реализовать, изменив одну из моих существующих конструкций и опробовав ее для данного приложения.

Для любой бестрансформаторной конструкции необходимо учитывать несколько основных элементов реализации: 1) инвертор должен быть полномостовым инвертором с полномостовым драйвером и 2) подаваемое входное напряжение постоянного тока должно быть равно требуемому пиковому уровню выходного напряжения.

Принимая во внимание два вышеуказанных фактора, базовую конструкцию инвертора мощностью 3000 Вт можно увидеть на приведенной ниже диаграмме, которая имеет функцию чистой синусоиды .

Детали работы инвертора можно понять по следующим пунктам:

Базовая или стандартная конфигурация полного мостового инвертора формируется драйвером полного моста IC IRS2453 и соответствующей сетью MOSFET.

Расчет частоты инвертора

Функция этого шага состоит в том, чтобы колебать подключенную нагрузку между полевыми транзисторами с заданной частотой частоты, определяемой значениями сетки Rt / Ct.

Значения этих составляющих времени RC можно установить по формуле: f = 1/1,453 x Rt x Ct, где Rt в омах, а Ct в фарадах. Должна быть установлена ​​на 60 Гц, чтобы дополнить указанный выход 120 В, в качестве альтернативы для спецификации 220 В это может быть изменено на 50 Гц.

Это также может быть достигнуто практическим методом проб и ошибок путем оценки частотного диапазона с помощью цифрового частотомера.

Для получения чистого синусоидального эффекта затворы MOSFET, расположенные ниже по потоку, отсоединяются от соответствующих источников питания ИС и таким же образом используются буферным каскадом BJT, сконфигурированным для работы через вход SPWM.

Генерация SPWM

SPWM, что означает синусоидальную широтно-импульсную модуляцию, сконфигурирован на базе микросхемы операционного усилителя и одной микросхемы Genartor IC 555 PWM.

Хотя микросхема IC 555 сконфигурирована как ШИМ, выходной сигнал ШИМ с ее вывода № 3 никогда не используется, а треугольные волны, генерируемые ее времязадающим конденсатором, используются для вырезания ШИМ. Здесь одна из выборок треугольной волны должна быть намного медленнее по частоте и синхронизирована с частотой основного чипа, а другая должна быть более быстрой треугольной волной, частота которой по существу определяет количество столбов, которые может иметь SPWM.

Операционный усилитель сконфигурирован как компаратор, и на него подаются образцы дельта-волн для обработки требуемого ШИМ. Одна треугольная волна, более медленная, берется с вывода Ct основной микросхемы IRS2453

. Обработка выполняется микросхемой операционного усилителя путем сравнения двух треугольных волн на ее входных выводах, а сгенерированный SPWM подается на базы микросхемы. Буферный каскад BJT.

Буферы BJT переключаются в соответствии с импульсами SPWM и гарантируют, что MOSFET нижнего плеча также переключаются в соответствии с тем же шаблоном.

Описанное выше переключение позволяет переключать выход переменного тока также в соответствии с формулой SPWM для обоих периодов формы сигнала частоты переменного тока.

ВЫБОР МОП-транзистора

Поскольку указан бестрансформаторный инвертор мощностью 3 кВА, размер полевых МОП-транзисторов должен соответствовать этой нагрузке.

МОП-транзистор номер 2SK 4124, указанный на схеме, фактически не сможет выдержать нагрузку 3 кВА, так как рассчитан на максимальную мощность 2 кВА.

Некоторые поиски в сети позволили нам найти MOSFET: IRFB4137PBF-ND , который хорошо выглядит при нагрузке 3 кВА благодаря своей огромной номинальной мощности при 300 В / 38 А.

Поскольку это бестрансформаторный инвертор мощностью 3 кВА, проблема выбора трансформатора отпадает, однако аккумуляторы должны быть соответствующего размера, чтобы вырабатывать не менее 160 В при умеренном заряде и примерно 190 В при полном заряде.

Автоматическая коррекция напряжения.

Автоматическая коррекция может быть достигнута путем подключения цепи обратной связи между выходными клеммами и выводом Ct, но на самом деле в этом может не быть необходимости, поскольку потенциометры IC 555 можно эффективно использовать для определения среднеквадратичного значения выходного напряжения, и после установки вы можете можно ожидать, что выходное напряжение будет абсолютно постоянным и постоянным независимо от условий нагрузки, но только до тех пор, пока нагрузка не превысит максимальную мощность инвертора.

2) Бестрансформаторный инвертор с зарядным устройством и обратной связью

Ниже рассмотрена вторая принципиальная схема малогабаритного трансформаторного инвертора без включения массивного железного трансформатора.Вместо тяжелого железного трансформатора в нем используется катушка с ферритовым сердечником, как показано в следующей статье. Схема не является моей разработкой, ее предоставил мне один из заядлых читателей этого блога, г-н Ритеш.

Конструкция представляет собой полноценную конфигурацию, включающую большинство функций, таких как детали обмотки ферритового трансформатора, ступень индикатора низкого напряжения, регулировка выходного напряжения и т. д. это скоро, а пока вы можете обратиться к схеме и прояснить свои сомнения через комментарий, если таковые имеются.

Компактный бестрансформаторный инвертор мощностью 200 Вт № 3

В третьей схеме ниже показана схема инвертора мощностью 200 Вт без трансформатора (без трансформатора) с входным напряжением 310 В постоянного тока. Это структура, совместимая с синусоидой.

Введение

Инверторы, какими мы их знаем, представляют собой устройства, которые преобразуют или, скорее, инвертируют источник постоянного тока низкого напряжения в выходное напряжение переменного тока высокого напряжения.

Генерируемый переменный ток высокого напряжения, как правило, совместим с местными уровнями напряжения сети.Однако процесс преобразования низкого напряжения в высокое неизменно требует включения массивных и громоздких трансформаторов. Можно ли их избежать и создать бестрансформаторную инверторную схему?

Да, существует очень простой способ реализовать конструкцию бестрансформаторного инвертора.

Как правило, инвертор, использующий батарею низкого напряжения постоянного тока, необходимо увеличить до предполагаемого более высокого напряжения переменного тока, что, в свою очередь, требует включения трансформатора.

Это означает, что если бы мы могли просто заменить низкое входное напряжение постоянного тока на уровень постоянного тока, равный предполагаемому выходному уровню переменного тока, необходимость в трансформаторе могла бы просто исчезнуть.

Принципиальная схема включает высоковольтный вход постоянного тока для работы простой схемы инвертора MOSFET, и ясно видно, что в ней нет трансформатора.

Схема работы

Высокое постоянное напряжение, равное выходному переменному току, необходимое для последовательного соединения 18 небольших 12-вольтовых батарей.

Логический элемент N1 исходит от IC 4093, здесь N1 сконфигурирован как генератор.

Поскольку для ИС требуется строгое рабочее напряжение от 5 до 15 вольт, необходимые входные данные берутся от одной из 12-вольтовых батарей и подаются на соответствующие контакты ИС.

Таким образом, вся конфигурация становится очень простой и эффективной и полностью устраняет необходимость в громоздком и тяжелом трансформаторе.

Все аккумуляторы на 12 В, 4 Ач довольно маленькие и даже при подключении к розетке не занимают слишком много места.Они могут быть плотно расположены, образуя компактный блок.

Выходная мощность составит 110 В переменного тока при мощности 200 Вт.

Список деталей

• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• P6, P7 = K1058,
• P8, P9 = J162
.1936 .1936 .1936 .1936 .1936 . . .
• . 1N4148
• Аккумулятор = 12В/4Ач, 18 шт.

Модернизация до синусоидальной формы

Описанную выше простую бестрансформаторную схему инвертора 220 В можно модернизировать до инвертора с чистой или настоящей синусоидой, просто заменив входной генератор на схему генератора синусоидальной волны, как показано ниже:

Для частей синусоидального генератора список смотрите в этом посте

Схема бестрансформаторного солнечного инвертора

Солнце является основным и неограниченным источником сырой энергии, которая доступна на нашей планете абсолютно бесплатно.Эта энергия в основном представлена ​​в виде тепла, но люди нашли способы использовать свет от этого огромного источника, а также для выработки электричества.

Обзор

Сегодня электричество стало жизненно важным для всех городов и даже сельских районов. С истощением запасов ископаемого топлива солнечный свет обещает стать одним из основных возобновляемых источников энергии, к которому можно получить прямой доступ из любого места и при любых обстоятельствах на планете бесплатно.Давайте изучим один из методов преобразования солнечной энергии в электричество для нашей личной выгоды.

В одном из моих предыдущих постов я обсуждал схему солнечного инвертора, которая имела довольно простой подход и включала в себя обычную топологию инвертора с использованием трансформатора.

Трансформаторы, как мы все знаем, громоздки, тяжелы и могут стать довольно неудобными в некоторых приложениях.
В данном проекте я попытался исключить использование трансформатора, включив высоковольтные MOSFET и увеличив напряжение путем последовательного соединения солнечных панелей.Давайте проанализируем всю установку по следующим пунктам:

Как это работает

Глядя на приведенную ниже схему бестрансформаторного инвертора на основе солнечной энергии, мы видим, что она в основном состоит из трех основных этапов, а именно. каскад генератора, состоящий из универсальной интегральной схемы IC 555, выходной каскад, состоящий из нескольких высоковольтных силовых полевых транзисторов, и каскад подачи энергии, в котором используется батарея солнечной панели, питаемая от B1 и B2.

Принципиальная схема

Поскольку микросхема не может работать при напряжении выше 15 В, она хорошо защищена замыкающим резистором и стабилитроном. Стабилитрон ограничивает высокое напряжение от солнечной панели до подключенного напряжения стабилитрона 15 В.

Однако полевые МОП-транзисторы могут работать при полном выходном напряжении солнечной батареи, которое может составлять от 200 до 260 вольт. В пасмурную погоду напряжение может упасть значительно ниже 170 В, поэтому, вероятно, вы можете использовать стабилизатор выходного напряжения для регулирования выходного напряжения в таких ситуациях.

МОП-транзисторы типов N и P, образующие пару для выполнения двухтактных операций и для выработки требуемого переменного тока.

Мосфеты в схеме не указаны, в идеале они должны быть рассчитаны на 450В и 5 ампер, много вариантов найдется, если немного погуглить в сети.

Бывшие в употреблении солнечные панели должны иметь напряжение строго холостого хода около 24 вольт при ярком солнечном свете и около 17 вольт в периоды ярких сумерек.

Как подключить солнечные панели

Перечень деталей

R1 = 6K8
R2 = 140k
C1 = 0,1 мкФ
Диоды = этот 1N4148
R3 = 10K, 10 Вт/ватт/мс, 10 R2 Вт = 0,
R1
B1 и B2 = от солнечной панели
Z1 = 5,1 В 1 Вт

Используйте эти формулы для расчета R1, R2, C1....

Модернизация:

Вышеупомянутая конструкция ИС 555 может быть не такой надежной и эффективной, очень надежная конструкция показана ниже как полная схема инвертора H-моста. Можно ожидать, что эта конструкция обеспечит гораздо лучшие результаты, чем схема 555 IC

выше. Еще одним преимуществом использования вышеуказанной схемы является то, что вам не понадобится двойная солнечная панель, скорее, для работы будет достаточно одного последовательного солнечного источника питания. выше схема для выхода 220В.

Предыдущая статья: SMS-оповещение о водоснабжении Следующая статья: Как отремонтировать импульсный источник питания (SMPS)

.

Простейшая схема инвертора с полным мостом

Из различных существующих топологий инвертора топология инвертора с полным мостом или Н-мостом считается наиболее эффективной и действенной. Настройка топологии полного моста может быть слишком критична, однако с появлением микросхем драйверов полного моста они стали одним из самых важных и простых инверторов, которые вы можете построить.

Что такое полномостовая топология

Полномостовой инвертор, также называемый Н-мостовым инвертором, представляет собой наиболее эффективную топологию инвертора, в которой используются двухпроводные трансформаторы для подачи требуемого антиколебательного тока в первичную цепь.Это позволяет избежать использования 3-проводного трансформатора с центральными ответвлениями, который не очень эффективен из-за двойной емкости первичной обмотки 2-проводного трансформатора

Эта функция позволяет использовать трансформаторы меньшего размера и получать большую выходную мощность при той же Сегодня, благодаря легкой доступности интегральных схем драйверов полного моста, все стало совершенно просто, и создание схемы инвертора полного моста в домашних условиях стало забавным занятием для детей.

Здесь мы обсуждаем схему полного мостового инвертора с использованием полного драйвера D-моста IRS2453 (1) компании International Rectifiers.

Эта микросхема представляет собой превосходную микросхему драйвера полного моста, поскольку она сама решает все основные проблемы топологий H-моста с помощью усовершенствованной встроенной схемы.

Монтажнику достаточно соединить несколько внешних компонентов, чтобы получить полноценный инвертор H-bridge.

Простота структуры показана на схеме ниже:

Работа схемы

Выводы 14 и 10 являются выходами плавающего напряжения питания на стороне высокого напряжения ИС. Конденсаторы емкостью 1 мкФ эффективно удерживают эти выводы ключа немного выше, чем напряжения стока соответствующих MOSFET, гарантируя, что потенциал истока MOSFET остается ниже, чем потенциал затвора для требуемой проводимости MOSFET.

Резисторы затвора подавляют возможность перенапряжения сток/исток, предотвращая внезапную проводимость MOSFET.

Диоды на резисторах затвора введены для быстрого разряда внутренних конденсаторов затвора/стока в периоды их непроводимости для обеспечения оптимального отклика устройства.

IC IRS2453 (1) D также имеет встроенный генератор, что означает, что для этой схемы не требуется каскад внешнего генератора.

Только несколько внешних пассивных устройств обеспечивают частоту для привода инвертора.

Rt и Ct можно рассчитать для получения предполагаемой выходной частоты 50 Гц или 60 Гц через полевые МОП-транзисторы.

Расчет частотных составляющих

Для расчета значения Rt / Ct можно использовать следующую формулу:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct

, где Rt в омах, а Ct в фарадах.

Функция высокого напряжения

Еще одной интересной особенностью этой ИС является ее способность работать с очень высокими напряжениями до 600 В, что делает ее идеальной для бестрансформаторных инверторов или компактных ферритовых схем инверторов.

Как показано на диаграмме, если внешнее доступное напряжение 330 В постоянного тока подается на «выпрямленные линии +/- переменного тока», конфигурация немедленно становится бестрансформаторным инвертором, где любая предполагаемая нагрузка может быть подключена непосредственно к отмеченным точкам. как "загрузить".

В качестве альтернативы, если используется обычный понижающий трансформатор, первичную обмотку можно подключить в точках с пометкой «нагрузка». В этом случае «выпрямленная + линия переменного тока» может быть подключена к контакту 1 микросхемы и подключена к аккумулятору (+) инвертора.

Если используется батарея с напряжением выше 15В, то «линия выпрямления + переменного тока» должна быть подключена непосредственно к положительному полюсу батареи, а контакт № 1 должен быть подключен к пониженному напряжению 12В от источник питания от батареи с использованием IC 7812.

Хотя схема, показанная ниже, выглядит слишком простой для построения, схема должна следовать некоторым строгим правилам, вы можете обратиться к сообщению, чтобы убедиться, что у вас есть правильные меры защиты для предлагаемого простого мостового инвертора. схема.

ПРИМЕЧАНИЕ. Подключите контакт SD микросхемы к линии заземления, если он не используется для операции отключения.

Принципиальная схема

Простой Н-мостовой или полномостовой инвертор с двумя полумостовыми микросхемами IR2110

На приведенной выше схеме показано, как реализовать эффективную полномостовую конструкцию прямоугольного инвертора с использованием нескольких полумостовых микросхем IR2110.

Интегральные схемы представляют собой полноценные полумостовые преобразователи, оснащенные необходимой сетью зарядных конденсаторов для питания полевых МОП-транзисторов на стороне высокого напряжения и функцией мертвого времени для обеспечения 100% безопасной проводимости полевых МОП-транзисторов.

Интегральные схемы работают путем чередования мосфетов Q1 / Q2 и Q3 / Q4 в тандеме, так что всякий раз, когда Q1 включен, Q2 и Q3 полностью переключаются в положение OF, и наоборот.

Микросхема способна создавать вышеуказанное точное переключение в ответ на синхронизирующие сигналы на их входах HIN и LIN.

Эти четыре входа должны быть активированы, чтобы в любой момент HIN1 и LIN2 включались одновременно, а HIN2 и LIN1 выключались, и наоборот.Это делается с удвоенной выходной частотой инвертора. Это означает, что если выход инвертора должен иметь частоту 50 Гц, входы HIN/LIN должны колебаться с частотой 100 Гц и т. д.

Схема генератора

Это схема генератора, оптимизированная для запуска входов HIN/LIN описанной выше схемы полного моста инвертора.

Одиночная ИС 4049 используется для создания требуемой частоты, а также для изоляции источников переменного тока для ИС инвертора.

C1 и R1 определяют частоту, необходимую для генерации полумостовых устройств и могут быть рассчитаны по следующей формуле:

f = 1/1,2RC ошибка.

Дискретный инвертор полного моста с использованием транзистора

До сих пор мы исследовали топологии инвертора полного моста с использованием специализированных ИС, однако то же самое можно построить с использованием дискретных компонентов, таких как транзисторы и конденсаторы, независимые от ИС.

Простую схему можно увидеть ниже:

Предыдущий: Схема выключателя аварийного буя для подводной лодки с приводом от человека Далее: Схема датчика вращения колеса

.

Аварийный контур, или роль гибридных инверторов

Фотогальванические установки могут покрыть большую часть ежедневного потребления электроэнергии в частном доме. Бывает, что выработка в ясные дни настолько велика, что превышает количество энергии, которую мы способны использовать. В этом случае ее избыток передается в электросеть. Что, если мы хотим сохранить эту энергию и защитить себя в случае отключения электроэнергии в сети? Лучшим решением является использование гибридных инверторов, которые уже есть в продаже у каждого уважаемого производителя.

Гибридные инверторы могут отдавать питание как в батарею, так и в сеть, причем работать они могут двумя способами – при большом количестве вырабатываемой энергии они способны одновременно заряжать аккумулятор и питать домашнюю установку. Такие инверторы способны возвращать энергию от аккумуляторов в непогоду или позднее время. Это увеличивает собственное потребление с расчетного значения около 25% до 70%.

Чтобы лучше понять, как работают гибридные инверторы, давайте возьмем пример SofarSolar, который предлагает линейку трехфазных инверторов HYD 3PH мощностью от 5 до 20 кВт.Эти инверторы работают совместно с накопителями энергии с повышенным постоянным напряжением (порядка 200-500В). Это позволяет использовать стандартные солнечные кабели для соединения инвертора с батареями, а ток, проходящий через них, составляет максимум 30А, благодаря чему вся установка имеет меньшие потери и может обеспечить большую мощность в домашней сети. Это значительно увеличивает использование фотогальваники для собственных нужд вместо того, чтобы рассеивать эту энергию в сеть.

Еще одной важной особенностью гибридных инверторов является возможность создания так называемогоаварийная цепь, т. е. система, питаемая даже в случае отключения внешнего источника питания. Это значительно повышает полезность такой установки, особенно в регионах с неразвитой электросетевой инфраструктурой или подверженных частым неблагоприятным погодным явлениям (сильный ветер, наводнение), где возможны частые отключения сети.

В этом случае решение аварийной цепи позволяет длительное время (даже несколько часов) поддерживать выбранные цепи или устройства в нормальном режиме работы.Здесь стоит отметить, что в случае с трехфазными гибридными инверторами часто можно запитать всю домашнюю установку аварийной цепью, что позволяет полностью использовать ее в случае отключения электроэнергии.

Это, конечно, связано с отключением электроэнергии, но на несколько десятков десятых секунды, а не на несколько минут или несколько часов, как в случае домов без установок, оборудованных аварийным электроснабжением.

Средняя емкость аккумуляторов, используемых в таких системах, составляет 10 киловатт-часов (кВтч).Это значение позволяет обеспечить питание всего домохозяйства до 5 часов зимой или гораздо дольше летом (здесь многое зависит от того, как отапливается дом, есть ли в нем кондиционер и в каких условиях хранится батарея). Если поддерживается только выбранная аварийная цепь, мы можем увеличить это время контролируемым образом, подключая и отключая выбранные устройства.

Аккумулятора образца достаточно для питания холодильника (приблизительно 50 Вт) и телевизора (150 Вт) до 45 часов.Это делает наш дом несколько независимым от погодных условий и поставщика энергии и существующей инфраструктуры. Однако в случае с трехфазным гибридным инвертором мы очень часто ограничиваемся только данным производителем аккумуляторов и конкретными конфигурациями.

Другим способом является использование однофазного гибридного инвертора, который подключается традиционным способом к одной выбранной фазе домашней установки, но к аварийной цепи может быть выведена дополнительная розетка, напр.к конкретному одному или нескольким электроприемникам.

Однако следует помнить, что суммарное значение мощности приемников не может быть больше мощности, которую может отдать аккумулятор (не более 3,68 кВт). Такие инверторы следует подключать к батареям с помощью специальных кабелей с двойной изоляцией, рассчитанных на большой ток.

Однако часто из-за относительно низкого напряжения (48 В постоянного тока) в качестве источника аварийной цепи могут использоваться свинцово-кислотные аккумуляторы с номинальным напряжением 12 В.Последовательное соединение четырех таких аккумуляторов подает на инвертор необходимые 48В, что дает нам относительно дешевый способ хранения энергии, так как цены на такие аккумуляторы начинаются от нескольких сотен злотых. Это идеальное решение для ферм с небольшим количеством критически важных устройств для резервного копирования в аварийной цепи.

Предложение гибридных инверторов можно найти в предложении Corab. Подробности на www.corab.pl

спонсируемая статья

.

Как управлять электроприводами? Инверторы - принцип работы и установка в шкафах управления | Электрощиты и стойки

Преобразователь частоты – это механизм, регулирующий скорость вращения двигателей. Каков принцип его работы и применимость преобразователя? Преобразователь частоты и инвертор относятся к одному и тому же типу устройств? В этой статье мы ответим на самые важные вопросы, связанные с преобразователями частоты и их установкой в ​​герметичных шкафах управления.

Несколько слов о номенклатуре

Инвертор — устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный с регулируемой выходной частотой — его можно встретить в различных типах автомобильных преобразователей (позволит, например, подключить бритву к розетке прикуривателя) и в системах фотогальванических систем, где он преобразует постоянный ток, вырабатываемый элементами, в переменный ток, который можно использовать для питания бытовых электроприборов.

Преобразователь частоты, в свою очередь, преобразует переменное напряжение сети фиксированной частоты в регулируемое по частоте напряжение (также переменное). Для этого сначала переменное напряжение с постоянной частотой преобразуется в постоянное напряжение (что реализуется инвертором), а затем в переменное напряжение с регулируемой частотой.

Из-за использования инвертора в таком устройстве, как преобразователь частоты, термины инвертор и преобразователь частоты обычно используются взаимозаменяемо.Это может сбить с толку, но стало настолько популярным среди специалистов, что в случае сомнений остается только уточнить, инвертор это инвертор или преобразователь частоты. В этой статье мы также будем использовать термин «инвертор» в контексте преобразователя частоты.

Для чего используются преобразователи частоты?

Приводы с регулируемой скоростью — это устройства, которые изменяют частоту переменного тока для управления скоростью и крутящим моментом двигателя, приводящего в движение машину.Преобразователи частоты обычно используются в двигателях компрессоров и насосов. Они также используются в высокотехнологичных бытовых вентиляторах, а иногда и в системах автоматизации гаражных ворот и ограждений.

Преобразователи частоты широко применяются на производственных предприятиях в шкафах управления, где они являются важным элементом привода ленточных гирлянд, питателей и конвейеров.Разнообразные модели преобразователей частоты также обеспечивают полный контроль крутящего момента и регулирование скорости вращения, поэтому они также являются важным элементом оборудования двигателей, приводящих в действие различные типы машин.

Как работает инвертор?

Чтобы понять, как работает преобразователь частоты, нужно знать, как работают электродвигатели. Прекрасным примером, иллюстрирующим работу инвертора, является работа двигателя, управляющего барабаном стиральной машины.Подключенный к сети двигатель работает с определенным числом оборотов в минуту (частота 50 Гц), и изменение частоты требуется, когда требуется регулирование скорости. Если мы хотим изменить скорость вращения устройства, мы должны изменить частоту тока, для чего и нужны преобразователи частоты. Уменьшая частоту, мы уменьшаем скорость вращения электродвигателя, а увеличивая, таким же образом увеличиваем скорость вращения двигателя.

Конструкция преобразователя частоты

Хотя инверторы являются устройствами, которым несколько десятков лет, не изменилась не только их структурная схема, но и независимо от производителя или типа каждый преобразователь частоты всегда состоит из четырех элементов: выпрямитель, промежуточный каскад, конечный каскад и система управления и защиты.

Выпрямитель . Он питается от одной или трех фаз переменного напряжения (AC), а его выход генерируется пульсирующим постоянным напряжением (DC).Выпрямители, расположенные в инверторах, могут быть неуправляемыми и управляемыми.

Промежуточный . Промежуточные каскады бывают трех типов:

• 1 - преобразует выпрямленное напряжение в постоянный ток,
• 2 - стабилизирует и сглаживает пульсирующее постоянное напряжение (за счет фильтрации переменного компонента из выпрямленного напряжения),
• 3 - преобразует Напряжение постоянного тока в напряжение постоянного тока с регулируемым значением.

В промежуточной ступени есть также электролитические конденсаторы, в которых хранится энергия постоянного тока.

Заключительный этап . На заключительном этапе генерируется и формируется частота напряжения, питающего двигатель. Имеются силовые транзисторы, которые переключаются управляющими сигналами от схемы управления и защиты преобразователя частоты.

Система управления и защиты .Система управления и защиты выполняет:

• управление транзисторами в конечной ступени инвертора,
• временное управление промежуточной цепью или выпрямителем,
• обмен данными между преобразователем и внешними устройствами,
• связь по сети - т.е. сбор и сигнализацию ошибки и сбои,
• функция защиты силовой цепи преобразователя и двигателя.

Система инверторов, доступных на рынке для шкафов управления

Преобразователи частоты – это элементы электрических шкафов, необходимые для привода машины, задачей которой является работа с точно определенными параметрами.Поэтому при выборе преобразователя частоты для конкретного применения стоит ознакомиться с их типами, представленными на рынке. Разделение инверторов производится по отношению к источнику и способу их питания, а также по способам управления.

Разбивка по источникам питания . В зависимости от типа источника питания преобразователя частоты различают:

• преобразователи частоты с питанием от источника тока с регулируемой величиной,
• преобразователи частоты с питанием от источника напряжения с регулируемой величиной,
• преобразователи частоты с питанием от источника источник тока с нерегулируемым значением.

Классификация инверторов по методам управления.

При выборе преобразователя частоты необходимо также учитывать тип управления. Имеющиеся в продаже инверторы имеют скалярное (скалярные преобразователи частоты) и векторное управление (векторные преобразователи частоты).

Инвертор со скалярным управлением применяется в системах, где не требуется точного регулирования скорости и нет т.н.тяжелый пуск. Инвертор обеспечивает подачу на двигатель минимального количества электроэнергии, что не снижает выходное значение ниже установленного значения. Скалярный инвертор в основном используется в таких устройствах, как насосы и вентиляторы. Их также можно использовать в многодвигательных системах, где несколько двигателей подключены к одному преобразователю.

Инверторы с векторным управлением подразделяются на инверторы без датчиков и инверторы с обратной связью.При бездатчиковом управлении скорость рассчитывается на основе математической модели электродвигателя, без дополнительного датчика. В случае инверторов с обратной связью управление основано на измерении значения скорости, измеренного инкрементным энкодером (тип датчика), установленным на валу двигателя. Векторная конструкция инвертора обеспечивает высокую эффективность регулирования крутящего момента и скорости вращения.

Важно отметить, что все приводы переменного тока с векторным управлением могут работать в скалярном режиме, который обычно является режимом управления по умолчанию.

• Классификация преобразователей частоты по способу поставки. Рассматривая конструкцию преобразователей со стороны питания, различают три типа устройств:
• однофазные питаемые с выходом для однофазных двигателей - выпускаются реже всего из-за малого количества однофазных двигателей, применяемых в промышленности,
• однофазные питаемые с выходом для трехфазных двигателей (выход трехфазные 3х230В) - часто используются для привода малых двигателей мощностью от 0,18 кВт до 3 кВт,
• трехфазные питаемые с выходом выход для трехфазных двигателей - преобразователи частоты с питанием 400 В чаще всего применяются для привода асинхронных электродвигателей мощностью от 0,18 кВт до нескольких сотен киловатт.

.Инверторы напряжения

- это преобразователи

Инверторы напряжения - это преобразователи, задачей которых является формирование на выходе напряжения

с регулируемой частотой и регулируемым среднеквадратичным значением. Инверторы напряжения питаются от

источники напряжения с фиксированным или регулируемым значением (чаще всего неуправляемый выпрямитель).

Рис. 4.1. Блок-схема системы с инвертором напряжения

Конденсатор С (обычно емкостью несколько десятков или около того мФ) должен быть подключен к

Входные клеммы инвертора

и сальник L d не являются обязательными для

.

• инверторы напряжения - питание от источника напряжения - на входе инвертора имеется конденсатор , илиБлок конденсаторов большой емкости,

• инверторы тока - питание от источника тока - на входе инвертора тока дроссель .

Плавкий предохранитель, плавкий предохранитель - тип электропредохранителя , у которого плавление одного из его элементов прерывает непрерывность электрической цепи .

В предохранителе электрическая цепь прерывается по истечении времени ее протекания при заданной силе тока ^[1] .Основной частью взрывателя является плавкий элемент, встроенный в плавкую вставку. Предохранитель представляет собой электрический проводник , который нагревается в результате протекания по нему тока. Когда ток слишком большой в течение длительного времени, предохранитель нагревается до температуры, при которой он плавится. В момент перегорания предохранителя зажигается электрическая дуга , , когда значение силы протекающего тока падает до нуля, дуга гаснет и ток прекращается. Время горения дуги зависит от отключаемого напряжения, силы тока и среды, в которой она горит.

Чем выше ток, тем быстрее нагревается и плавится предохранитель. Предохранители имеют обратную времятоковую характеристику, а это означает, что чем выше ток, тем меньше времени требуется для их срабатывания.

После одного срабатывания предохранитель разрушается и подлежит замене на новый. Ремонт поврежденного предохранителя в настоящее время не практикуется, а его попытки классифицируются как злоупотребление служебным положением . (Исторически сложилось так, что конструктивно простые предохранители можно было отремонтировать с помощью заводских лент или плавких проводов.

Защита от перегрузки

• перегрузка - разрывают электрическую цепь после превышения заданной силы тока в кабеле.

Устройство защитного отключения (названия распространенные, но неверные электрошоковый выключатель , дифференциальный , устройство защитного отключения , иногда англ. цепь, когда она обнаруживает, что электрический ток, протекающий из цепи, не равен току, протекающему в ней.Используется для защиты людей от поражения электрическим током с непрямого прикосновения и прямого также уменьшает последствия повреждения устройств, в том числе вызывающие пожар .

Принцип действия

Принцип работы УЗО

• При нормальной работе векторная сумма токов, протекающих через трансформатор, равна нулю (согласно и закону Кирхгофа ).Следовательно, во вторичной обмотке трансформатора Ферранти (намотан на сердечник), СЭМ не наводится, поляризованное реле замкнуто (якорь притягивается постоянным магнитом) и главные контакты замкнуты.

• Если в защищаемой цепи появится ток утечки (например, через тело человека на землю или по проводу PE ), то сумма токов в окне трансформатора будет отлична от нуля. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, которая вызывает протекание тока через поляризованную катушку реле.Магнитное поле, создаваемое катушкой, компенсируется магнитным полем постоянного магнита реле. Если ток утечки превышает порог срабатывания автоматического выключателя (I _Δn ), поляризованное реле размыкается, освобождая блокировку и размыкая главные контакты, тем самым отключая питание цепи.

• При тестировании кнопка тестирования соединяет фазный вывод автоматического выключателя со стороны приемника с нулевым проводом со стороны питания через встроенный резистор (обычно 10 кОм).Таким образом, через выключатель протекает только ток в фазной цепи, а сумма токов в окне трансформатора будет отличной от нуля, как и в случае утечки. После этого автоматический выключатель должен сработать.

Поисковик

Похожие подстраницы:
ГЛИКОЗИДЫ - это соединения, представляющие собой соединения сахарного компонента
Белки являются основными элементами структуры всех тканей человеческого организма и многие соединения такие
строительные, Раствор, Раствор - это смесь
Финансы предприятия, ФИНАНСИРОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ - это явления и денежные процессы, происходящие на предприятиях 90 120 Точечные дефекты - это эффекты, положение которых в сети определяется точкой, а их поле стресса находится в 90 120 Трансгенные организмы - это организмы 90 120 13, Распространение каналы представляют собой совокупности взаимозависимых организаций, учреждений и 90 120 Загрязнение и вредность, Асбест, Асбест - общее название минералов из группы амфиболов и серпентинов
Загрязнение и вредность, Асбест, Асбест - общее название минералов из группы амфиболов и змеевик
Способы активации наконечники, способы работы
Плоские пружины - элементы из листового металла или лент небольшой толщины, КОНСТРУКЦИИ МЕХАТР ONI
писцы и вопросы, lab3sciaga, Характеристики систематической ошибки: Это ошибки, которые со многими p
Загрязняющие вещества представляют собой химические и радиоактивные вещества и микроорганизмы
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ являются органическими соединениями, НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ являются органическими соединениями, которые обусловливают
Первая помощь это немедленная жизнь -спасательные мероприятия во время мероприятия очевидцами события
Это вопросы группы Томека Пиотровски, Частный, Университет, Строительство, II семестр, Материалы Bu
Пьезоэлектрики отношения, TŻ, SEMI, SEM II, физика
Привод переменного тока с инвертором напряжения 90 120 cw2 - Преобразователь напряжения [конец], Исследования, Электроприводы, от marcin, ne, 1Электроприводы, N

больше похожих страниц

.

---

Смотрите также

• 
  Как найти один наушник от airpods если потерял
• 
  Чем закрепить линолеум
• 
  Как обрезать жимолость осенью
• 
  Орхидея сбросила все листья а корни зеленые что делать
• 
  Лдсп вредно ли для здоровья
• 
  Почему телевизор не видит приставку
• 
  Кондиционер на охлаждение
• 
  Поливальная система для огорода
• 
  Завод фэд
• 
  Печь для дачи своими руками из металла
• 
  1 литр краски на сколько квадратных метров