Què és un inversor de tensió, com funciona, l'ús d'un inversor
S'utilitzen fonts d'alimentació electròniques especials anomenades inversors per convertir el corrent continu en corrent altern. Molt sovint, un inversor converteix una tensió de CC d'una magnitud en una tensió de CA d'una altra magnitud.
Per tant, l'inversor és un generador de voltatge que canvia periòdicament, mentre que la forma d'ona de tensió pot ser sinusoïdal, quasi sinusoïdal o polsada... Els inversors s'utilitzen tant com a dispositius independents com com a part dels sistemes d'alimentació ininterrompuda (SAI).
Com a part de les fonts d'alimentació ininterrompuda (SAI), els inversors permeten, per exemple, rebre energia contínua als sistemes informàtics, i si la tensió desapareix de sobte a la xarxa, l'inversor començarà immediatament a subministrar l'ordinador amb l'energia obtinguda de la bateria de reserva. Almenys l'usuari tindrà temps per apagar i apagar l'ordinador.
Les fonts d'alimentació ininterrompuda més grans utilitzen inversors més potents amb bateries de gran capacitat que poden alimentar els consumidors de manera autònoma durant hores independentment de la xarxa, i quan la xarxa torni a la normalitat, el SAI canviarà automàticament els consumidors directament a la xarxa i les bateries començaran a carregar-se.
La part tècnica
En les tecnologies modernes de conversió d'electricitat, l'inversor només pot actuar com a unitat intermèdia, on la seva funció és convertir la tensió mitjançant una transformació d'alta freqüència (desenes i centenars de kilohertz). Afortunadament, avui en dia aquest problema es pot resoldre fàcilment, ja que per al desenvolupament i disseny d'inversors disposen tant d'interruptors semiconductors capaços de suportar corrents de centenars d'amperes, nuclis magnètics amb els paràmetres necessaris i microcontroladors electrònics especialment dissenyats per a inversors (inclosos els ressonants).
Els requisits per als inversors, així com per a altres dispositius d'alimentació, inclouen: alta eficiència, fiabilitat, dimensions i pes més petits possibles. També és necessari que l'inversor suporti el nivell admissible d'harmònics més alts en la tensió d'entrada i no creï un soroll d'impuls inacceptablement fort per als usuaris.
En sistemes amb fonts d'electricitat "verdes" (plaques solars, molins eòlics) per subministrar electricitat directament a la xarxa general, s'utilitzen inversors Grid-Tie, que poden funcionar de manera sincrònica amb la xarxa industrial.
Durant el funcionament de l'inversor de tensió, la font de tensió constant es connecta periòdicament al circuit de càrrega amb polaritat variable, mentre que la freqüència de les connexions i la seva durada estan formades per un senyal de control que prové del controlador.
El controlador de l'inversor sol realitzar diverses funcions: regular la tensió de sortida, sincronitzar el funcionament dels interruptors de semiconductors, protegir el circuit de la sobrecàrrega. En general, els inversors es divideixen en: inversors autònoms (inversors de corrent i tensió) i inversors dependents (accionats per xarxa, impulsats per xarxa, etc.)
Circuit inversor
Els interruptors de semiconductors de l'inversor estan controlats pel controlador i tenen díodes de derivació inversa. La tensió de sortida de l'inversor, depenent de la potència actual de la càrrega, s'ajusta canviant automàticament l'amplada del pols al convertidor d'alta freqüència, en el cas més senzill. PWM (modulació d'amplada de pols).
Les mitjaones de la tensió de baixa freqüència de sortida han de ser simètriques de manera que els circuits de càrrega no rebin en cap cas un component constant significatiu (per als transformadors això és especialment perillós), per això l'amplada de pols del bloc LF (en el cas més simple) es fa constant.
En el control dels interruptors de sortida de l'inversor, s'utilitza un algorisme que garanteix un canvi seqüencial en les estructures del circuit de potència: directe, curtcircuit, invers.
D'una manera o d'una altra, el valor de la potència de càrrega instantània a la sortida de l'inversor té el caràcter d'ones de doble freqüència, per tant, la font primària ha de permetre aquest mode de funcionament quan hi circulen corrents ondulades i suportar un nivell d'interferència corresponent. (a l'entrada del inversor).
Si els primers inversors eren exclusivament mecànics, avui hi ha moltes opcions per als circuits inversors de semiconductors i només hi ha tres esquemes típics: un pont sense transformador, una empenta amb el terminal zero del transformador, un pont amb un transformador.
El circuit de pont sense transformador es troba en fonts d'alimentació ininterrompuda de 500 VA i inversors d'automoció. El circuit lliscant amb el terminal neutre del transformador s'utilitza en SAI de baixa potència (per a ordinadors) amb una capacitat de fins a 500 VA, on la tensió de la bateria de reserva és de 12 o 24 volts. El circuit pont amb un transformador s'utilitza en fonts potents d'alimentació ininterrompuda (per a unitats i desenes de kVA).
Forma d'ona de voltatge de sortida
En els inversors de tensió rectangulars, un grup d'interruptors de díode invers es commuta a la sortida per produir una tensió alterna a través de la càrrega i proporcionar un mode de circulació controlada al circuit. energia reactiva.
Són responsables de la proporcionalitat de la tensió de sortida: la durada relativa dels polsos de control o el canvi de fase entre els senyals de control dels grups clau. En el mode de circulació de potència reactiva no controlada, l'usuari influeix en la forma i la magnitud de la tensió de sortida de l'inversor.
En els inversors de tensió amb una sortida en forma de pas, el pre-convertidor d'alta freqüència forma una corba de tensió de pas unipolar, aproximadament en forma aproximada a una ona sinusoïdal el període de la qual és la meitat del període de la tensió de sortida. A continuació, el circuit del pont LF converteix la corba de pas unipolar en dues meitats d'una corba bipolar que s'assembla aproximadament a una ona sinusoïdal.
En els inversors de tensió amb una forma sinusoïdal (o gairebé sinusoïdal) de la sortida, el pre-convertidor d'alta freqüència genera una tensió constant d'amplitud propera a la futura sortida sinusoïdal.
Aleshores, el circuit pont forma una variable de baixa freqüència a partir d'una tensió constant, mitjançant múltiples PWM, quan cada parell de transistors en cada mig cicle de formació de l'ona sinusoïdal de sortida s'obre diverses vegades durant un temps que varia segons la llei harmònica. . A continuació, un filtre de pas baix extreu un sinus de la forma d'ona resultant.
Circuits de preconversió HF en inversors
Els circuits de preconversió d'alta freqüència més senzills dels inversors són de generació pròpia. Són bastant senzills pel que fa a la implementació tècnica i són bastant eficients a baixes potències (fins a 10-20 W) per subministrar càrregues que no són crítiques per al procés d'alimentació. La freqüència dels oscil·ladors no supera els 10 kHz.
La retroalimentació positiva en aquests dispositius s'obté saturant el circuit magnètic del transformador. Però per als inversors potents, aquests esquemes no són acceptables, ja que les pèrdues en els interruptors augmenten i, en última instància, l'eficiència és baixa.A més, qualsevol curtcircuit a la sortida interromp les auto-oscil·lacions.
Els millors circuits dels convertidors preliminars d'alta freqüència són flyback (fins a 150 W), push-pull (fins a 500 W), mig pont i pont (més de 500 W) dels controladors PWM, on la freqüència de conversió arriba a centenars. de kilohertz.
Tipus d'inversors, modes de funcionament
Els inversors de tensió monofàsics es divideixen en dos grups: amb una ona sinusoïdal pura a la sortida i amb una ona sinusoïdal modificada.La majoria dels dispositius moderns permeten una forma simplificada del senyal de xarxa (ona sinusoïdal modificada).
Una ona sinusoïdal pura és important per als dispositius que tenen un motor elèctric o transformador a l'entrada, o si es tracta d'un dispositiu especial que només funciona amb una ona sinusoïdal pura a l'entrada.
Els inversors trifàsics s'utilitzen generalment per generar corrent trifàsic per a motors elèctrics, per exemple per a la font d'alimentació. motor asíncron trifàsic… En aquest cas, els bobinats del motor estan connectats directament a la sortida del inversor. Pel que fa a la potència, l'inversor es selecciona en funció del seu valor màxim per a l'usuari.
En general, hi ha tres modes de funcionament de l'inversor: arrencada, continu i sobrecàrrega. En el mode d'arrencada (càrrega de la capacitat, engegada de la nevera) la potència pot duplicar la capacitat de l'inversor en una fracció de segon, això és acceptable per a la majoria dels models. Mode continu - corresponent al valor nominal de l'inversor. Mode de sobrecàrrega, quan la potència de l'usuari és 1,3 vegades la nominal, en aquest mode, l'inversor mitjà pot funcionar durant aproximadament mitja hora.