Što je pretvarač napona, kako radi, uporaba pretvarača

Za pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu koriste se posebna elektronička napajanja zvana inverteri. Najčešće pretvarač pretvara istosmjerni napon jedne veličine u izmjenični napon druge veličine.

Dakle, inverter je generator periodički promjenjivog napona, pri čemu valni oblik napona može biti sinusoidan, blizu sinusoidan ili pulsirajući... Inverteri se koriste i kao samostalni uređaji i kao dio sustava neprekidnog napajanja (UPS).

Kao dio besprekidnih izvora napajanja (UPS), pretvarači omogućuju, primjerice, primanje kontinuiranog napajanja računalnim sustavima, a ako iznenada nestane napona u mreži, pretvarač će odmah početi opskrbljivati ​​računalo energijom dobivenom iz pomoćne baterije. Korisnik će barem imati vremena ugasiti i ugasiti računalo.

Veća besprekidna napajanja koriste snažnije invertere s baterijama velikog kapaciteta koji mogu satima autonomno napajati potrošače neovisno o mreži, a kada se mreža vrati u normalu, UPS će automatski prebaciti potrošače izravno na mrežu i baterije će se početi puniti.

Tehnička strana

U modernim tehnologijama pretvorbe električne energije, pretvarač može djelovati samo kao međujedinica, gdje je njegova funkcija pretvaranje napona putem visokofrekventne transformacije (desetci i stotine kiloherca). Srećom, danas se ovaj problem može lako riješiti, jer su za razvoj i dizajn pretvarača dostupni poluvodički prekidači koji mogu izdržati struje od stotina ampera, magnetske jezgre s potrebnim parametrima i elektronički mikrokontroleri posebno dizajnirani za pretvarače (uključujući rezonantne).

Zahtjevi za pretvarače, kao i za ostale energetske uređaje, su: visoka učinkovitost, pouzdanost, što manje dimenzije i težina. Također je potrebno da pretvarač izdrži dopuštenu razinu viših harmonika u ulaznom naponu i ne stvara nedopustivo glasan impulsni šum za korisnike.

U sustavima sa "zelenim" izvorima električne energije (solarni paneli, vjetrenjače) za opskrbu električnom energijom izravno u opću mrežu koriste se mrežni pretvarači koji mogu raditi sinkrono s industrijskom mrežom.

Tijekom rada pretvarača napona, izvor konstantnog napona se povremeno spaja na strujni krug opterećenja s promjenjivim polaritetom, dok se učestalost spojeva i njihovo trajanje formiraju upravljačkim signalom koji dolazi iz regulatora.

Regulator u pretvaraču obično obavlja nekoliko funkcija: reguliranje izlaznog napona, sinkronizaciju rada poluvodičkih sklopki, zaštitu kruga od preopterećenja. Općenito, pretvarači se dijele na: samostalne pretvarače (izmjenjivači struje i napona) i ovisne pretvarače (mrežni, mrežni itd.)

Inverterski sklop

Poluvodičke sklopke pretvarača kontrolira upravljač i imaju reverzne shunt diode. Izlazni napon pretvarača, ovisno o trenutnoj snazi ​​opterećenja, podešava se automatskom promjenom širine impulsa u visokofrekventnom pretvaraču, u najjednostavnijem slučaju PWM (modulacija širine impulsa).

Poluvalovi izlaznog niskofrekventnog napona moraju biti simetrični tako da strujni krugovi opterećenja ni u kojem slučaju ne prime značajnu konstantnu komponentu (za transformatore je to posebno opasno), za to je širina impulsa LF bloka (u najjednostavniji slučaj) postaje konstanta.

U upravljanju izlaznim sklopkama pretvarača koristi se algoritam koji osigurava sekvencijalnu promjenu struktura strujnog kruga: izravni, kratki spoj, obrnuti.

Na ovaj ili onaj način, trenutna vrijednost snage opterećenja na izlazu pretvarača ima karakter dvofrekventnih valova, stoga primarni izvor mora omogućiti takav način rada kada kroz njega teku valovite struje i izdržati odgovarajuću razinu smetnji (na ulazu pretvarača).

Ako su prvi pretvarači bili isključivo mehanički, danas postoji mnogo opcija za krugove poluvodičkih pretvarača i postoje samo tri tipične sheme: most bez transformatora, potisni s nultim terminalom transformatora, most s transformatorom.

Premosni sklop bez transformatora nalazi se u 500 VA besprekidnim izvorima napajanja i automobilskim pretvaračima. Klizni krug s neutralnim terminalom transformatora koristi se u UPS-ovima male snage (za računala) kapaciteta do 500 VA, gdje je napon rezervne baterije 12 ili 24 volta. Mosni krug s transformatorom koristi se u snažnim izvorima neprekidnog napajanja (za jedinice i desetke kVA).

Valni oblik izlaznog napona

U pravokutnim pretvaračima napona, skupina sklopki s reverznom diodom uključuje se na izlazu kako bi se proizveo izmjenični napon preko opterećenja i osigurao kontrolirani način cirkulacije u krugu reaktivna energija.

Za proporcionalnost izlaznog napona odgovorni su: relativno trajanje upravljačkih impulsa ili fazni pomak između upravljačkih signala ključnih skupina. U načinu nekontroliranog kruženja jalove snage, korisnik utječe na oblik i veličinu izlaznog napona pretvarača.

U pretvaračima napona s izlazom u obliku koraka, visokofrekventni predpretvarač oblikuje unipolarnu krivulju korak-napon, koja je po obliku približno približna sinusnom valu čija je perioda polovica periode izlaznog napona. LF premosni krug tada pretvara unipolarnu krivulju koraka u dvije polovice bipolarne krivulje koja otprilike nalikuje sinusnom valu.

U pretvaračima napona sa sinusoidnim (ili gotovo sinusoidnim) oblikom izlaza, visokofrekventni predpretvarač stvara konstantan napon po amplitudi bliskoj budućem sinusoidalnom izlazu.

Premosni sklop zatim formira niskofrekventnu varijablu iz konstantnog napona, pomoću višestrukih PWM-ova, kada se svaki par tranzistora u svakom poluciklusu formiranja izlaznog sinusnog vala otvori nekoliko puta tijekom vremena koje varira prema harmonijskom zakonu . Niskopropusni filtar zatim izdvaja sinus iz rezultirajućeg valnog oblika.

VF sklopovi predpretvorbe u invertorima

Najjednostavniji visokofrekventni predpretvorbeni sklopovi u invertorima su samogenerirajući. Prilično su jednostavni u smislu tehničke izvedbe i prilično su učinkoviti pri malim snagama (do 10-20 W) za opskrbu opterećenja koja nisu kritična za proces napajanja. Frekvencija oscilatora nije veća od 10 kHz.

Pozitivna povratna informacija u takvim uređajima dobiva se zasićenjem magnetskog kruga transformatora. Ali za snažne pretvarače takve sheme nisu prihvatljive, jer se gubici u sklopkama povećavaju, a učinkovitost je u konačnici niska.Također, svaki kratki spoj na izlazu prekida autooscilacije.

Bolji sklopovi preliminarnih visokofrekventnih pretvarača su flyback (do 150 W), push-pull (do 500 W), polumost i most (više od 500 W) PWM kontrolera, gdje frekvencija pretvorbe doseže stotine od kiloherca.

Vrste pretvarača, načini rada

Jednofazni pretvarači napona dijele se u dvije skupine: s čistim sinusnim valom na izlazu i s modificiranim sinusnim valom.Većina suvremenih uređaja omogućuje pojednostavljeni oblik mrežnog signala (modificirani sinusni val).

Čisti sinus je bitan za uređaje koji na ulazu imaju elektromotor ili transformator ili ako se radi o posebnom uređaju koji radi samo s čistim sinusom na ulazu.

Trofazni pretvarači općenito se koriste za stvaranje trofazne struje za elektromotore, na primjer za napajanje trofazni asinkroni motor… U ovom slučaju, namoti motora su izravno spojeni na izlaz pretvarača. Što se tiče snage, pretvarač se odabire na temelju njegove vršne vrijednosti za korisnika.

Općenito, postoje tri načina rada pretvarača: pokretanje, kontinuirano i preopterećenje. U načinu pokretanja (punjenje kapaciteta, pokretanje hladnjaka) snaga može udvostručiti snagu pretvarača u djeliću sekunde, što je prihvatljivo za većinu modela. Kontinuirani način rada - odgovara nazivnoj vrijednosti pretvarača. Način preopterećenja — kada je snaga korisnika 1,3 puta veća od nazivne — u ovom načinu rada prosječni pretvarač može raditi oko pola sata.