Як працюють інвертори

Як працюють інвертори, широтно-імпульсна модуляція і частотно-регульовані приводи

Як працюють інвертори. У цій статті ми розглянемо, як працює інвертор для перетворення постійного струму (DC) в змінний струм (AC). Інвертори використовуються в фотоелектричних масивах для забезпечення змінного струму для використання в будинках і будівлях. Вони також інтегровані в частотно-регульовані приводи (VFD) для забезпечення точного управління системою обслуговування будівель HVAC шляхом контролю швидкості, крутного моменту і напряму обертання асинхронних двигунів змінного струму, з'єднаних з вентиляторами, насосами і компресорами.

Що таке інвертор

Давайте почнемо з засад. Ви, ймовірно, знаєте, що існує два різних типу використовуваної електроенергії:

• Постійний струм (DC), який живиться від акумуляторів, сонячних батарей і т. д. Цей тип харчування здебільшого використовується невеликими цифровими приладами з друкованими платами і т. д.
• Тип харчування - змінний струм (змінний струм), він подається від розеток в ваших будинках і зазвичай використовується для живлення великих приладів.

Обидва типи струму мають свої застосування і обмеження, тому нам часто доводиться переходити між ними, щоб максимізувати їх використання.

Інвертор - це пристрій, який використовується для перетворення між постійним струмом (DC) і змінним струмом (AC).

Якщо ви використовували осцилограф для перегляду сигналу цих двох типів потужності, ви побачите, що постійний струм знаходиться на своєму максимальному напрузі і триває по прямій лінії. Це тому, що струм тече прямо тільки в одному напрямку, тому він називається постійним струмом. Це трохи схоже на річку або канал, воно завжди на своєму піку і тече в одному напрямку.

Якщо ви використовували осцилограф для спостереження за змінним струмом, ви побачите хвилеподібний малюнок, в якому чергується напруга між його двома піковими напругами в позитивній половині і негативною половині його циклу. Це тому, що струм рухається туди-сюди. Це трохи схоже на приплив океану, де він досягає свого максимального припливу і максимального відпливу, і протягом води змінює напрямок між ними на піки.

Таким чином, інвертор просто перетворює постійний струм у змінний, і це дуже корисний винахід. Ви також можете перетворити змінний струм у постійний, використовуючи випрямляч, і його можна знайти в деяких пристроях.

Де використовуються інвертори: Інверторні додатки

Звичайне і досить просте застосування інверторів знаходиться в фотоелектричних масивах, так як вони генерують енергію постійного струму, але побутові прилади будуть використовувати змінний струм, тому його необхідно перетворити для використання. Ви також можете купити портативні інвертори для вашого автомобіля, які дозволять вам використовувати автомобільний акумулятор для живлення невеликих побутових приладів.

Чотири компонента для всіх типів споживачів:

Комплексне рішення від Schneider Electric - SOLAR: Рішення для сонячної енергетики.

Conext SmartGen трифазний інвертор 1500 В Нове рішення для великих електростанцій – це повністю новий продукт, який забезпечує максимальну ефективність у плані капітальних витрат. Зібравши в собі передові технології, Conext SmartGen зменшує вартість спорудження електростанції, в той же час збільшуючи вироблення електроенергії.

Conext CL трифазний мережевий інвертор - ідеальне рішення для комерційних будівель і децентралізованих сонячних електростанцій. Серія Conext CL – це нова лінійка стринговых (мережевих) інверторів з високим показником ККД, гнучкими настройками, простою і легкою установкою і обслуговуванням. Децентрализированная архітектура, підтримка всіх мережевих функцій та системних можливостей разом з широким діапазоном обладнання середньої напруги Schneider Electric, робить Conext СL ідеальним вибором для середніх і великих СЕС.

Conext SW внесетевой інвертор Рішення для систем автономного та резервного живлення для невеликих житлових будівель Серія Conext SW забезпечує чисту синусоїду на виході інвертора, а також може працювати, як зарядний пристрій для акумуляторних батарей. Для більшої автономності Conext SW підтримує роботу разом з дизельним генератором. Conext SW володіє безліччю режимів роботи і вибору пріоритетних джерел живлення, що забезпечить максимальну гнучкість системи.

Conext XW + гібридний інвертор Нове рішення для великих електростанцій Рішення для систем автономного та резервного живлення для невеликих житлових будівель Серія Conext XW+ – це однофазна або трифазна система, яка включає інвертор з двома входами живлення (мережа, генератор), можливість гнучко працювати з мережею (продавати електроенергію в мережу, брати з мережі відсутню потужність, обмежувати споживання з мережі тощо). Система масштабована від 7 кВт до 102 кВт.

Трохи більш складний спосіб їх використання полягає в інтеграції в частотно-регульовані приводи (VFD), також відомі як частотно-регульовані приводи (VSD), для керування швидкістю, крутним моментом і напрямком обертання двигунів змінного струму для досягнення дуже точного управління, що також економить енергію. Ви знайдете їх на вентиляторах, насосах та компресорах і, в основному, на якому обертається обладнанні. Вони використовуються у всіх галузях промисловості і широко використовуються в системах опалення, вентиляції та кондиціонування повітря для промислових і комерційних об'єктів.

У цьому додатку інвертор з'єднаний з випрямлячем, і вхідна потужність змінного струму перетворюється в постійний струм, а потім назад в змінний струм, але контролери будуть змінювати частоту синусоїдальних діаграми.

Шляхом маніпулювання цим способом можна точно контролювати режими роботи двигунів, і, таким чином, при підключенні до вентилятора, насоса або компресора повчає також можливим точно управляти і контролювати режими їх роботи.

Як працюють інвертори: Проста схема інвертора

Давайте розглянемо спрощену схему, в якій джерело постійного струму використовується для живлення навантаження змінного струму. Для перетворення постійного струму в змінний існує 4 перемикача. Перемикачі спарені разом, так що перемикачі 2 і 3 розмикаються, коли 1 і 4 замикаються, і навпаки. Це призведе струм через навантаження в змінному напрямку, тому навантаження буде відчувати змінний струм, навіть якщо він виходить від джерела постійного струму.

Якщо перемикачі 2 і 3 замкнені, а ключі 1 і 4 розімкнуті, це призведе до проходження струму через праву частину лампи.

Якщо перемикачі 1 і 4 замкнуті, а 2 і 3 розімкнуті, це змусить струм текти через ліву частину лампи.

Таким чином, ви можете бачити, що є джерело постійного струму, але лампа відчуває змінний струм.

Лампа не сприйме це як синусоїдальну хвилю, оскільки раптове перемикання призведе тільки до прямокутної хвилі. Гострі кути прямокутної хвилі можуть пошкодити електрообладнання, тому їх необхідно згладити.

Перемикання також занадто швидкий для людини, якщо врахувати, що електрику, яке ви отримуєте в розетках вашого будинку, буде подаватися з частотою 50 або 60 Гц, залежно від того, де ви знаходитесь у світі. Це означає, що струм не повинен змінювати напрямок 50 або 60 разів в секунду.

Для досягнення необхідної швидкості перемикання інженери використовують спеціальні електронні компоненти, такі як діоди, транзистори IGBT, MOSFET і т. д.

Давайте розглянемо приклад трифазної потужності для двигуна. Ви можете бачити, що ця схема має джерело постійного струму і навантаження змінного струму, і для перетворення постійного струму в змінний струм існує група транзисторних ключів IGBT, які підключені до контролера. Цей контролер відправить сигнал кожному ключу IGBT, повідомляючи, коли відкривати і коли закривати. Ці транзистори IGBT з'єднані разом в загальну схему.

Коли ланцюг включена, ви можете бачити, що контролер перемикає пари IGBT, щоб дозволити струму проходити через них протягом заданого проміжку часу, так що двигун буде відчувати змінний струм, в цьому прикладі змінний струм знаходиться в 3 фазах,

Як інвертори використовуються для керування швидкістю двигуна

Якщо ми ближче познайомимося з транзисторними ключами IGBT, то побачимо, що вони насправді відкриваються і закриваються пульсуючим чином кілька разів за цикл. Це відомо, як широтно-імпульсна модуляція.

Відбувається те, що цикл був розбитий на кілька менших сегментів, і контролер повідомляє IGBT, як довго закриватися, на кожному сегменті.

Шляхом розмикання і замикання перемикачів на різних відрізках часу протягом кожного сегмента кожного циклу, IGBT можуть дозволяти різним величинам протікання струму через ланцюг і в двигун.

Результатом цього є те, що середня потужність по кожному сегменту призведе до синусоїдальної діаграмі. Чим більше сегментів розбитий на цикл, тим більш еластичною буде синусоїда і тим ближче вона буде імітувати справжню синусоїдальну змінну хвилю.

Двигун побачить середнє значення і, отже, буде відчувати синусоїдальний змінний струм.

Широтно-імпульсна модуляція

Контролер може змінювати інтервал або тривалість часу, протягом якого ключі IGBT відкриті, щоб збільшити або зменшити частоту і довжину хвилі для керування швидкістю, крутним моментом і напрямком обертання двигуна, і за допомогою декількох додаткових контурів управління його можна використовувати для точного відповідності необхідної навантаженні для забезпечення точного управління системою та енергозбереження.