Hva er en spenningsomformer, hvordan fungerer den, bruken av en omformer

Spesielle elektroniske strømforsyninger kalt invertere brukes til å konvertere likestrøm til vekselstrøm. Oftest konverterer en omformer en likespenning av en størrelsesorden til en vekselstrømspenning av en annen størrelsesorden.

Derfor er omformeren en generator av periodisk skiftende spenning, mens spenningsbølgeformen kan være sinusformet, nesten sinusformet eller pulset... Invertere brukes både som uavhengige enheter og som en del av avbruddsfri strømforsyningssystemer (UPS).

Som en del av avbruddsfrie strømkilder (UPS) tillater omformere for eksempel å motta kontinuerlig strøm til datasystemer, og dersom spenningen plutselig forsvinner i nettverket, vil omformeren umiddelbart begynne å forsyne datamaskinen med energi hentet fra reservebatteriet. I det minste vil brukeren ha tid til å slå av og av datamaskinen.

Større avbruddsfri strømforsyning bruker kraftigere omformere med batterier med stor kapasitet som autonomt kan drive forbrukere i timevis uavhengig av nett, og når nettet går tilbake til det normale vil UPS-en automatisk bytte forbrukere direkte til strømnettet og batteriene vil begynne å lade.

Den tekniske siden

I moderne elektrisitetskonverteringsteknologier kan omformeren bare fungere som en mellomenhet, der dens funksjon er å konvertere spenningen gjennom en høyfrekvent transformasjon (titils og hundrevis av kilohertz). Heldigvis kan dette problemet i dag enkelt løses, fordi for utvikling og design av omformere er både halvlederbrytere som er i stand til å motstå strømmer på hundrevis av ampere, magnetiske kjerner med de nødvendige parameterne og elektroniske mikrokontrollere spesialdesignet for omformere (inkludert resonans).

Kravene til omformere, så vel som for andre kraftenheter, inkluderer: høy effektivitet, pålitelighet, minst mulig dimensjoner og vekt. Det er også nødvendig at omformeren tåler det tillatte nivået av høyere harmoniske i inngangsspenningen og ikke skaper uakseptabelt høy impulsstøy for brukerne.

I systemer med "grønne" strømkilder (solpaneler, vindmøller) for å levere strøm direkte til det generelle nettet, brukes Grid-tie-invertere, som kan jobbe synkront med industrinettet.

Under driften av spenningsomformeren kobles konstantspenningskilden periodisk til lastkretsen med variabel polaritet, mens frekvensen på forbindelsene og deres varighet dannes av et styresignal som kommer fra kontrolleren.

Kontrolleren i omformeren utfører vanligvis flere funksjoner: regulering av utgangsspenningen, synkronisering av driften av halvlederbrytere, beskytter kretsen mot overbelastning. Generelt er omformere delt inn i: frittstående omformere (strøm- og spenningsomformere) og avhengige omformere (nettdrevne, nettdrevne, etc.)

Inverter krets

Omformerens halvlederbrytere styres av kontrolleren og har revers shuntdioder. Utgangsspenningen til omformeren, avhengig av belastningens gjeldende effekt, justeres ved å automatisk endre pulsbredden i høyfrekvensomformeren, i det enkleste tilfellet PWM (Pulse Width Modulation).

Halvbølgene til lavfrekvent utgangsspenning må være symmetriske slik at belastningskretsene i alle fall ikke mottar en betydelig konstant komponent (for transformatorer er dette spesielt farlig), for dette er pulsbredden til LF-blokken (i enkleste tilfelle) gjøres konstant .

I kontrollen av utgangsbryterne til omformeren brukes en algoritme som sikrer en sekvensiell endring i strukturene til strømkretsen: direkte, kortslutning, revers.

På en eller annen måte har den øyeblikkelige belastningseffektverdien ved utgangen av omformeren karakteren av dobbeltfrekvente bølger, derfor må primærkilden tillate en slik driftsmodus når krusningsstrømmer flyter gjennom den, og tåle et tilsvarende nivå av interferens (ved omformerinngangen).

Hvis de første omformerne utelukkende var mekaniske, er det i dag mange alternativer for halvledervekselretterkretser, og det er bare tre typiske ordninger: en bro uten transformator, et trykk med transformatorens nullterminal, en bro med en transformator.

Den transformatorløse brokretsen finnes i 500 VA avbruddsfri strømforsyning og bilomformere. Glidekretsen med transformatorens nøytrale terminal brukes i laveffekt UPS (for datamaskiner) med en kapasitet på opptil 500 VA, der reservebatterispenningen er 12 eller 24 volt. Brokretsen med en transformator brukes i kraftige kilder til avbruddsfri strømforsyning (for enheter og titalls kVA).

Utgangsspenningsbølgeform

I rektangulære spenningsomformere blir en gruppe revers diodebrytere byttet ved utgangen for å produsere en vekselspenning over lasten og gi en kontrollert sirkulasjonsmodus i kretsen reaktiv energi.

Følgende er ansvarlige for proporsjonaliteten til utgangsspenningen: den relative varigheten av styrepulsene eller faseforskyvningen mellom styresignalene til nøkkelgruppene. I ukontrollert reaktiv effektsirkulasjonsmodus påvirker brukeren formen og størrelsen på omformerens utgangsspenning.

I spenningsomformere med en trinnformet utgang, danner den høyfrekvente foromformeren en unipolar trinnspenningskurve, omtrent tilnærmet i form til en sinusbølge hvis periode er halvparten av perioden til utgangsspenningen. LF-brokretsen konverterer deretter den unipolare trinnkurven til to halvdeler av en bipolar kurve som omtrent ligner en sinusbølge.

I spenningsomformere med en sinusformet (eller nesten sinusformet) form på utgangen, genererer den høyfrekvente pre-omformeren en konstant spenning nær i amplitude til den fremtidige sinusformede utgangen.

Brokretsen danner deretter en lavfrekvent variabel fra en konstant spenning, ved hjelp av flere PWM-er, når hvert par transistorer i hver halvsyklus for å danne utgangssinusbølgen åpnes flere ganger i en tid som varierer i henhold til den harmoniske loven . Et lavpassfilter trekker deretter ut en sinus fra den resulterende bølgeformen.

HF forkonverteringskretser i omformere

De enkleste høyfrekvente forkonverteringskretsene i omformere er selvgenererende. De er ganske enkle når det gjelder teknisk implementering og er ganske effektive ved lav effekt (opptil 10-20 W) for å levere belastninger som ikke er kritiske for strømforsyningsprosessen. Frekvensen til oscillatorene er ikke mer enn 10 kHz.

Positiv tilbakemelding i slike enheter oppnås ved å mette transformatorens magnetiske krets. Men for kraftige omformere er slike ordninger ikke akseptable, siden tapene i bryterne øker, og effektiviteten til slutt er lav.Enhver kortslutning ved utgangen avbryter også selvsvingningene.

De bedre kretsene til de foreløpige høyfrekvensomformerne er flyback (opptil 150 W), push-pull (opptil 500 W), halvbro og bro (mer enn 500 W) av PWM-kontrollere, der konverteringsfrekvensen når hundrevis av kilohertz.

Typer omformere, driftsformer

Enfase spenningsomformere er delt inn i to grupper: med en ren sinusbølge ved utgangen og med en modifisert sinusbølge De fleste moderne enheter tillater en forenklet form av nettverkssignalet (modifisert sinusbølge).

En ren sinusbølge er viktig for enheter som har en elektrisk motor eller transformator ved inngangen, eller hvis det er en spesiell enhet som kun fungerer med en ren sinusbølge ved inngangen.

Trefase-omformere brukes vanligvis til å generere trefasestrøm for elektriske motorer, for eksempel for strømforsyning trefase asynkronmotor… I dette tilfellet er motorviklingene direkte koblet til omformerutgangen. Når det gjelder effekt, velges omformeren basert på dens toppverdi for brukeren.

Generelt er det tre driftsmoduser for omformeren: start, kontinuerlig og overbelastning. I oppstartsmodus (lading av kapasitet, start av kjøleskap) kan strømmen doble vekselretterens karakter på en brøkdel av et sekund, dette er akseptabelt for de fleste modeller. Kontinuerlig modus - tilsvarende omformerens merkeverdi. Overbelastningsmodus - når brukerens effekt er 1,3 ganger den nominelle - i denne modusen kan den gjennomsnittlige omformeren fungere i omtrent en halv time.