Инвертор тока: Что такое инверторы? | Интернет магазин электрооборудования и электротоваров в Украине

=

— “ Са и1 тах о»! тах — установленные мощности конденсаторов при

их соединении в «треугольник» и «звезду» соответственно.

Пульсации электромагнитного момента АТД обусловлены тем, что при практически равномерном вращении вектора потокосцепления ротора вектор тока статора в моменты коммутации скачком перемещается на угол л/3. Таким образом, для уменьшения пульсации электромагнитного момента необходимо уменьшить дискретность угла поворота тока статора, что может быть достигнуто расщеплением статорных обмоток и переходом на эквивалентную шестифазную асинхронную машину. В эюм случае статорная обмотка двигателя будет содержать две трехфазные обмотки, соединенные «звездой», оси которых смещены в пространстве на 30° 132]. Если при этом каждую систему обмоток питать от собственного АИТ (рис. 6.6, а), одноименные тиристоры которых включаются также со сдвигом 30° (рис. 6.6, б), то результирующий вектор тока статора эквивалентной машины будет в моменты коммутации скачками перемещаться на угол л/6, оставаясь в межкоммутационные интервалы времени неизменным как по величине, так и по направлению (рис.

6.6, в). В результате частота пульсаций момента ДМ увеличится в 2 раза, а их амплитуда уменьшится более чем в 2 раза (см. рис. 6.6, б). Следует указать, что применение расщепленных статорных обмоток усложняет конструкцию двигателя (особенно лобовых частей обмотки), требует дополнительных выводов и может быть рекомендовано для двигателей большой мощности.

Наряду со снижением пульсаций момента рассматриваемый инвертор (см. рис. 6.6, а) обеспечивает ряд дополнительных преимуществ, которые связаны со значительным снижением перенапряжений на коммутирующих конденсаторах и элементах инвертора. Это обусловлено тем, что линейное напряжение каждой обмотки приблизительно в 2 раза меньше линейного напряжения эквивалентного трехфазного двигателя, а эквивалентная индуктивность в контуре коммутации уменьшается в 2 раза. При этом появляется возможность уменьшить число последовательно включаемых тиристоров и диодов в каждом плече инвертора. Уменьшение же уровня напряжения на коммутирующих конденсаторах, несмотря на увеличение их общего числа, приводит к снижению установленной мощности.

Питание АТД с расщепленными обмотками можно осуществлять от АИТ, соединенных последовательно, как показано иа рис. 6.6, а, я от инверторов, которые получают питание от отдельных источников или общего через собственные регуляторы тока.

Другим способом снижения пульсаций момента иа валу АТД является использование демпфирующих свойств механической части привода. Из-за конечных значений момента инерции ротора и жесткости вала двигателя пульсации электромагнитного момента передаются на вал двигателя ослабленными, если частота этих пульсаций превышает собственную частоту механических колебаний ротора на валу. При этом чем выше частота пульсаций, тем сильнее демпфируется пульсирующая составляющая. На практике этот способ реализуется применением ШИМ тока по трапецеидальному закону (рис. 6.7). С этой целью в течение интервала повторяемости процессов в АИТ длительностью я/3

Рис. 6.6. Схема АИТ (а) и диаграммы токов и момента для АТД с расщеплен иымн статорными обмотками (б, в)

осуществляют несколько повторяющихся коммутаций тока между двумя смежными фазами.

Например, на интервале л/6 < (о1 ¦< я/2 коммутация тока с фазы А иа фазу В осуществляется 5 раз и с фазы В на фазу А — 4 раза. При этом длительность импульсов тока вступающей в работу фазы В возрастает, а выходящей фазы А уменьшается по линейному закону. Такое многократное переключение тока с фазы А на фазу В приводит к тому, что результирующий вектор тока статора в течение рассматриваемого интервала совершит несколько колебаний из одного фиксированного положения в другое и обратно (на рис. 6.2 переходы 0 -> 1 и 1 -*¦ 0).

При таком перемещении вектора тока статора электромагнитный момент будет изменяться в моменты коммутации скачком от минимального до максимального значения. Абсолютная амплитуда пульсаций момента несколько увеличится, однако переменная составляющая, пульсирующая с шестикратной частотой, снижается до 5-7%. Как правило, ШИМ тока осуществляют при низких частотах- менее 10-15 Гц. При больших частотах пульсации электромагнитного момента хорошо демпфируются механической частью привода.

Ограничение по максимальной частоте коммутаций в инверторе связано с тем, что с ростом частоты тока на выходе инвертора длительность процесса коммутации (/1+ /*) (см. рис. 6.5) может превысить одну третью часть периода, т. е. приведет к срыву процесса инвертирования.

Ограничение на максимальную частоту коммутаций в инверторе [см. условие (6.33)1 является достаточно жестким, и его выполнение для тягового привода с диапазоном регулирования по частоте Юцпах/ютом = 2 ч- 3 потребует снижения емкости коммутирующих конденсаторов, а это, как уже отмечалось, приведет к росту перенапряжений на элементах инвертора.

Для поиска способов расширения диапазона регулирования по частоте при заданных параметрах АТД и инвертора или снижения перенапряжений на его элементах при сохранении диапазона регулирования по частоте обратимся еще раз к анализу процессов коммутации в инверторе.

Рис. 6.7. Временные диаграммы фазных токов (а) и момента (б) для ЛИТ с ШИМ тока по трапецеидальному, закону

Весь коммутационный процесс содержит два интервала: первый длительностью [см.

выражение (6.25)1 — линейного перезаряда коммутирующих конденсаторов постоянным током Id и второй длительностью t% [см. выражение (6.28)1-колебательного дозаряда коммутирующих конденсаторов. В свою очередь на первом интервале можно выделить два интервала: первый t[, в течение которого напряжение на коммутирующем конденсаторе уменьшается от ыс<о> до — Uлтах X X sin <pj:

t\ = Y2L3 Сэ .

и второй t’u в течение которого напряжение иа конденсаторе изменяется от — U„ max sin ф, до Ua тах sin фх:

та» sn 9i п >1- : <-#•

‘d

При этом длительности t\ и t% не зависят от режима работы двигателя и определяются только параметрами эквивалентного контура коммутации La и Ся, т. е. интервалы t[ и t% принципиально необходимы для осуществления коммутации тока с одной фазы на другую. Физически это соответствует тому, что на интервале t\ конденсатор Ся возвращает выходящей из работы фазе энергию, которая была запасена в нем на интервале t2 предыдущей коммутации. Таким образом, физически необходимая минимальная длительность процесса коммутации ffcmin ~ t\ + t

% = (1 + nl2)\f2LaCg не зависит от режима работы двигателя и определяется только значениями индуктивностей рассеяния Ья двигателя и емкости Сэ контура коммутации. Иными словами, коммутирующие конденсаторы необходимы только для обмена реактивной энергией между фазами нагрузки, запасенной в индуктивностях рассеяния машины.

Что же касается интервала t\, то его длительность можно сократить теоретически до нуля, если по окончании интервала Ц произвести мгновенный перезаряд коммутирующего конденсатора до напряже. иия Ukmax sin фх. Реально такой процесс можно осуществить, подключив параллельно конденсатору небольшую индуктивность. Характер изменения напряжения ис3

(0 и тока iC3 (0 эквивалентного конденсатора в этом случае показан на рис. 6.8. При этом длительность интервала t\ без учета дополнительного разряда конденсатора током Id будет определяться емкостью Сэи индуктивностью L„ дополнительного контура и составит /fmin = n-YL „С8.

В результате полное время коммутационного процесса не будет зависеть от режима работы двигателя, что позволяет выбрать максимальное значение емкости Св из условия

Рис. 6.8. Кривые изменения напряжения Рис. 6.9. Схема ЛИТ с ускоренным

исэ(() и тока іс,(0 эквивалентного кои- перезарядом коммутирующих конденсатора денсаторов

Если в выражении (6.35) пренебречь вторым слагаемым, то предельное значение емкости

Ускоренный перезаряд коммутирующих конденсаторов можно обеспечить введением в схему АИТ дополнительных контуров перезаряда (рис. 6.9). С этой целью параллельно основным тиристорам — инвертора включают перезарядные тиристоры У5/3-У5/в. Контур ускоренного перезаряда образуется при включении соответствующего перезарядного тиристора с выдержкой времени не меиее чем /[ после включения основного тиристора. Например, при выключении тиристора 1 необходимо включить тиристор У53 и по окончании интервала включить тиристор У5/3. Это приводит к образованию дополнительного контура перезаряда, содержащего реакторы ?.

т0, включение которых необходимо для ограничения скорости нарастания тока через тиристоры и не является особенностью схемы.

Использование в схеме АИТ ускоренного перезаряда конденсаторов позволяет стабилизировать время коммутации, обеспечив ему инвариантность к режиму работы двигателя, максимально увеличить емкость коммутирующих конденсаторов и снизить перенапряжения на элементах инвертора до приемлемого уровня. Например, для тягового двигателя НБ-602 с индуктивностью ?э = 0,524 мГи для максимальной частоты /]шах = 140 Гц согласно выражению (6.36) предельное значение емкости Сэ я* 800 мкФ. Тогда при максимальном значении тока 14гая1 = 1200 А и 1/лтах = 1840 В максимальные значения напряжений на коммутирующих конденсаторах, тиристорах и отсекающих диодах согласно выражениям (6.30) и (6.31) составят ис тах= = шах = 3210 В И (/уОтах = 5047 В и превысят амплитудное значение линейного напряжения в 1,75 и 2,75 раза соответственно. Схемное время выключения тиристоров согласно выражению (6.32) *»ыкл = 900 мкс, что позволяет применять в АИТ тиристоры, предназначенные для работы в мощных высоковольтных выпрямителях и инверторах промышленной частоты.

Полученные значения перенапряжений на элементах являются достаточно большими и соответствуют переходу АТД в режим холостого хода при максимальном входном токе АИТ. Если система управления приводом исключает такой режим работы, то при указанных параметрах коммутирующего конденсатора для номинального режима двигателя НБ-602 напряжение на конденсаторах составит 1970 В, на диодах — 3800 В.

Использование для асинхронного тягового привода на базе автономных инверторов тока рассмотренных решений позволяет создать преобразователи с приемлемыми массо-габаритными показателями как для тяговых двигателей средней, так и большой (свыше 1000 кВт) мощности. При этом расщепление трехфазной обмотки статора с переходом иа эквивалентную шестифазиую в сочетании с последовательным соединением инверторов дает возможность создания универсального тягового привода для ЭПС, получающего питание от контактной сети постоянного или переменного тока. Выходной преобразователь и АТД в этом случае будут унифицированными, а входные преобразователи различными в зависимости от рода тока в контактной сети.

Содержание

7. АСИНХРОННЫЕ ТЯГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

⇐Расчет элементов автономного инвертора тока | Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями | Форма фазных токов и напряжений при питании асинхронного тягового двигателя от преобразователя частоты⇒

Инверторы напряжения — это… Что такое Инверторы напряжения?

Инверторы напряжения — инвертором напряжения (по зарубежной терминологии DC/AC converter) называют устройство, преобразующие электрическую энергию источника напряжения постоянного тока в электрическую энергию переменного тока.

  • Инверторы напряжения (ИН) могут применяться в виде отдельного законченного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока.[1][2] Потребность в таких устройствах связана с широким внедрением в различных отраслях промышленности и бизнесе компьютерных технологий. [3][4][5] При этом недостаточная надежность сетей переменного тока является основным источником нарушения технологического цикла производственных процессов и связана с большими экономическими рисками. По оценкам специалистов ущерб от «перебоя» электрической энергии в течение одного часа в таких сферах, как финансы (брокерские операции, продажа кредитных карточек), медиа-услуги, исчисляются сотнями тысяч долларов.[6][7]

Свойства инверторов

  • Инверторы напряжения позволяют устранить или по крайней мере ослабить зависимость работы информационных систем от качества сетей переменного тока.
Например, в персональных компьютерах, информационных центрах на базе ПК при внезапном отказе сети с помощью резервной аккумуляторной батареи и инвертора можно обеспечить работу компьютеров для корректного завершения решаемых задач.
В более сложных ответственных системах инверторные устройства могут работать в длительном контролируемом режиме параллельно с сетью или независимо от нее. [8][9]
  • Кроме «самостоятельных» приложений, где инвертор выступает в качестве источника питания потребителей переменного тока, широкое развитие получили технологии преобразования энергии, где инвертор является промежуточным звеном в цепочке преобразователей.
Принципиальной особенностью инверторов напряжения для таких приложений является высокая частота преобразования (десятки-сотни килогерц). Для эффективного преобразования энергии на высокой частоте требуется более совершенная элементарная база (полупроводниковые ключи, магнитные материалы, специализированные контроллеры).
  • Как и любое другое силовое устройство, инвертор должен иметь высокий КПД, обладать высокой надежностью и иметь приемлемые массо-габаритные характеристики.[10][11]
Кроме того, ИН длжен иметь допустимый уровень высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения (допустимое значение коэффициентов гармоник) и не создавать при работе недопустимый для других потребителей уровень пульсации на зажимах источника энергии.

Работа инвертора

Работа инвертора напряжения (ИН) основана на переключении источника постоянного напряжения с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения «задается» сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

  1. регулирование напряжения;
  2. синхронизация частоты переключения ключей;
  3. защитой их от перегрузок; и др.

Методы технической реализации инверторов и особенности их работы

  1. Ключи инвертора должны быть управляемыми (включаются и выключаются по сигналу управления), а также обладать свойством двухсторонней проводимости тока.[12] Как правило такие ключи получают шунтированием транзисторов обратными диодами. Исключение составляют полевые транзисторы, в которых такой диод является внутренним элементом его полупроводниковой структуры.
  2. Регулирование выходного напряжения инверторов достигается изменением площади импульса полуволны. Наиболее простое регулирование достигается регулирование длительности (шины) импульса полуволны. Такой способ является простейшим вариантом метода широтно-импульсной модуляции сигналов (ШИМ).
  3. Нарушение симметрии полуволн выходного напряжения порождает побочные продукты преобразования с частотой ниже основной, включая возможность появления постоянной составляющей напряжения, недопустимой для цепей, содержащих трансформаторы.
  4. Для получения управляемых режимов работы инвертора, ключи инвертора и алгоритм управления ключами должны обеспечить последовательную смену структур силовой цепи, называемых прямой, коротко замкнутой и инверсной.
  5. Мгновенная мощность потребителя пульсирует с удвоенной частотой. Первичный источник питания должен допускать работу с пульсирующими и даже изменяющими знак токами потребления. Переменные составляющие первичного тока определяют уровень помех на зажимах источника питания.

Типовые схемы инверторов напряжения

Существуют большое число вариантов построения схем инверторов. [13][14] Исторически первыми были механические инверторы, которые в эпоху развития полупроводниковых технологий заменили более технологичные инверторы на базе полупроводниковых элементов, и цифровые инверторы напряжения. Но все же, как правило, выделяют три основные схемы инверторов напряжения:

  • Мостовой ИН без трансформатора

Мостовой ИН без трансформатора

Область применения: устройства бесперебойного питания мощностью более 500 ВА, установки с высоким значением энергии (220..360 В).
  • С нулевым выводом трансформатора

Инвертор напряжения с нулевым выводом трансформатора

Область применения: Устройства бесперебойного питания компьютеров мощностью (250.. 500 ВА), при низком значении напряжения (12..24 В), преобразователи напряжения для подвижных систем радиосвязи.
  • Мостовая схема с трансформатором

Мостовой инвертор напряжения с трансформатором

Область применения: Устройства бесперебойного питания ответственных потребителей с широким диапазоном мощностей: единицы — десятки кВА. [15]

Принцип построения инверторов

  • Инверторы с прямоугольной формой выходного напряжения
Преобразование постоянного напряжения первичного источника в переменное достигается с помощью группы ключей, периодически коммутируемых таким образом, чтобы получить знакопеременное напряжение на зажимах нагрузки и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи реактивной энергии. В таких режимах гарантируется пропорциональность выходного напряжения. В зависимости от конструктивного исполнения модуля переключения (модуля силовых ключей инвертора) и алгоритма формирования управляющих воздействий, таким фактором могут быть относительная длительность импульсов управления ключами или фазовый сдвиг сигналов управления противофазных групп ключей. В случае неконтролируемых режимов циркуляции реактивной энергии реакция потребителя с реактивными составляющими нагрузки влияет на форму напряжения и его выходную величину.[16][17]
  • Инверторы напряжения со ступенчатой формой кривой выходного напряжения
Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования формируются однополярные ступенчатые кривые напряжения, приближающиеся по форме к однополярной синусоидальной кривой с периодом, равным половине периода изменения выходного напряжения инвертора. Затем с помощью, как правило, мостового инвертора однополярные ступенчатые кривые напряжения преобразуются в разнополярную кривую выходного напряжения инвертора.
  • Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения
Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования получают напряжение постоянного тока, значение которого близко к амплитудному значению синусоидального выходного напряжения инвертора. Затем это напряжение постоянного тока с помощью, как правило, мостового инвертора преобразуется в переменное напряжение по форме, близкое к синусоидальному, за счет применении соответствующих принципов управления транзисторами этого мостового инвертора (принципы так называемой «многократной широтно-импульсной модуляции»).[18][19] Идея этой «многократной» ШИМ заключается в том, что на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора соответствующая пара транзисторов мостового инвертора коммутируется на высокой частоте (многократно) при широтно-импульсном управлении. Причем длительность этих высокочастотных импульсов коммутации изменяется по синусоидальному закону . Затем с помощью высокочастотного фильтра нижних частот выделяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора.[16]
  • Инверторы напряжения с самовозбуждением
Инверторы с самовозбуждением (автогенераторы) относятся к числу простейших устройств преобразования энергии постоянного тока. Относительная простота технических решений или достаточно высокой энергетической эффективности привело к их широкому применению в маломощных источниках питания в системах промышленной автоматики и генерировании сигналов прямоугольной формы, особенно в тех приложениях, где отсутствует необходимость в управлении процессом передачи энергии. В этих инверторах используется положительная обратная связь, обеспечивающая их работу в режиме устойчивых автоколебаний, а переключение транзисторов осуществляется за счет насыщения материала магнитопровода трансформатора. [20][21] В связи со способом переключения транзисторов, с помощью насыщения материала магнитопровода трансформатора, выделяют недостаток схем инверторов, а именно низкий КПД, что объясняется большими потерями в транзисторах. Поэтому такие инверторы применяются при частотах не более 10 кГц и выходной мощности до 10 Вт. При существенных перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке в любом из инверторов с самовозбуждением происходит срыв автоколебаний (все транзисторы переходят в закрытое состояние).

Примечания

  1. Luo, Fang Lin & Ye, Hong (2004), «Advanced DC/DC Converters», CRC Press, ISBN 0-8493-1956-0 
  2. Luo, Fang Lin; Ye, Hong & Rashid, Muhammad H. (2005), «Power Digital Power Electronics and Applications», Elsevier, ISBN 0-12-088757-6 
  3. Pressman 1998, p. 306
  4. DC Power Production, Delivery and Utilization, An EPRI White Paper (PDF). Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. Page 9 080317 mydocs.epri.com
  5. DC-DC CONVERTERS: A PRIMER. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. 090112 jaycar.com.au Page 4
  6. Electrical Power Quality and Utilisation, Journal Vol. XV, No. 2, 2009: Estimation of Optimum Value of Y-Capacitor for Reducing Emi in Switch Mode Power Supplies
  7. High-efficiency power supplies for home computers and servers. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
  8. Maniktala, Sanjaya (2007), «Troubleshooting Switching Power Converters: A Hands-on Guide», Newnes/Elsevier, ISBN 0-7506-8421-6 
  9. Nelson, Carl (1986), «LT1070 design Manual», vol. AN19 publisher= Linear Technology, <http://www.linear.com/docs/4176>  Application Note giving an extensive introduction in Buck, Boost, CUK, Inverter applications. (download as PDF from http://www. linear.com/designtools/app_notes.php)
  10. Irving, Brian T. & Jovanović, Milan M. (2002), «Analysis and Design of Self-Oscillating Flyback Converter», Proc. IEEE Applied Power Electronics Conf. (APEC), сс. 897–903, <http://www.deltartp.com/dpel/dpelconferencepapers/S19P6.pdf>. Проверено 30 сентября 2009. 
  11. Energy Savings Opportunity by Increasing Power Supply Efficiency. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
  12. Foutz, Jerrold. Switching-Mode Power Supply Design Tutorial Introduction. Проверено 6 октября 2008.
  13. Switching Regulators for Poets
  14. Переводчик Google
  15. http://www.compeljournal.ru/images/articles/2009_15_6.pdf
  16. 1 2 MIT open-courseware, Power Electronics, Spring 2007
  17. Switch Mode Power Supplies
  18. Pressman, Abraham I. ; Billings, Keith & Morey, Taylor (2009), «Switching Power Supply Design» (Third ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-148272-5 
  19. Rashid, Muhammad H. (2003), «Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications», Prentice Hall, ISBN 0-13-122815-3 
  20. Basso, Christophe (2008), «Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs», McGraw-Hill, ISBN 0-07-150858-9 
  21. Erickson, Robert W. & Maksimovic, Dragan (2001), «Fundamentals of Power Electronics» (Second ed.), ISBN 0-7923-7270-0 

См. также

Литература

  • Бушуев В.М., Деминский В. А., Захаров Л.Ф., Козляев Ю.Д., Колканов М.Ф. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. — М.: Горячая линия — Телеком, 2009. — 384 с. — ISBN 978-5-9912-0077-6
  • Китаев В.Е., Бокуняев А. А., Колканов М.Ф. Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975.  — 328 с.
  • Ирвинг М., Готтлиб Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы.. — 2-е изд. — М.: Постмаркет, 2002. — 544 с. — ISBN 5-901095-05-7
  • Раймонд Мэк Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению. — М.: Додэка-ΧΧΙ, 2008. — 272 с. — ISBN 978-5-94120-172-3
  • Угрюмов Е. П. Теория и практика эволюционного моделирования. — 2-е изд. — СПб: БХВ-Петербург, 2005. — С. 800. — ISBN 5-94157-397-9
  • Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с. — 60 000 экз.
  • Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3

Ссылки

Инвертор

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный

Применяются обычно для питания устройств переменного тока от батарей и сетей постоянного тока, например, автомобильных. Кроме того, инверторы широко используются в компактных блоках сетевого питания, в которых сетевое напряжение выпрямляется, а затем инвертируется в переменное напряжение более высокой частоты. Это позволяет существенно снизить размеры и вес силового трансформатора.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Основным блоком инвертора является коммутатор, с заданной частотой изменяющий полярность подключения нагрузки к источнику постоянного тока, что и создает в нагрузке переменный ток. Кроме коммутатора, инвертор обязательно содержит электронную схему управления коммутатором (в современных приборах реализуемую часто с использованием микропроцессоров), а также может содержать трансформатор для повышения или понижения выходного напряжения, фильтры, приближающие форму выходного напряжения к синусоидальной, а также различные устройства защиты, стабилизации и т.д.

Широкое применение инверторы получили в электросварке. Сварочные установки, использующие инверторы, по сравнению с традиционными трансформаторными, имеют существенные преимущества – компактность, малый вес, более гибкое управление сварочным процессом и т. д. Сварочные аппараты постоянного тока – а именно такими и является большинство из сварочных устройств, использующих инверторы, отличаются меньшими пульсациями сварочного тока, так как отфильтровать высокочастотные пульсации с помощью дросселя и конденсатора легче, чем низкочастотные пульсации после традиционного сварочного трансформатора и диодного выпрямителя. Кроме того, использование инверторных установок позволяет сэкономить электроэнергию, так как небольшой вес позволяет расположить преобразователь непосредственно вблизи места проведения работ, и исключить тем самым выделение энергии на длинных подводящих проводах. По некоторым оценкам, экономия при сварке больших конструкций может достигать 50% и более.

Упрощенная принципиальная схема источника питания сварочного аппарата с использованием инвертора, а также типичные осциллограммы напряжения в различных ее точках приведены на рисунке.

Перед подачей на инвертор сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается фильтром, состоящим из дросселя и накопительного конденсатора C1. Напряжение на выходе выпрямителя пульсирует с частотой 300 Гц при питании его от трех фаз (как это изображено на схеме) и 100 Гц при питании от одной фазы. Эти пульсации частично сглаживаются дросселем, но ток на его выходе остается пульсирующим. Накопительный конденсатор заряжается в те интервалы времени, когда этот ток близок к максимальному, и разряжается, питая инвертор, в остальное время. Величина емкости накопительного конденсатора должна быть достаточной для обеспечения максимального тока, потребляемого инвертором, который, в свою очередь, определяется максимальным сварочным током и коэффициентом трансформации трансформатора Т. Коммутатор инвертора на транзисторах VT1 и VT2 переключает полярность тока в первичных обмотках трансформатора с частотой от единиц до десятков килогерц. Трансформатор Т понижающий, он понижает напряжение до 50 – 80 В (амплитудного значения) в режиме холостого хода, и, соответственно, повышает ток в рабочем режиме. На выходе переменный ток высокой частоты сглаживается фильтром L2 C2. Емкость конденсатора C2 значительно меньше C1, так как частота пульсаций на нем значительно выше.

Важно: конденсаторы являются существенными элементами инверторов, и подбор их характеристик прямо влияет на эффективность и работы устройства.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Как выбрать сварочный инвертор – Диапазон тока, ПВ

Собираясь заняться сваркой, позаботьтесь о том, чтобы сварочный аппарат полностью удовлетворял ваши нужды и даже немного выходил за рамки. На что обратить внимание? Давайте рассмотрим – кратко и по делу.

Выбираем диапазон сварочного тока для сварочного инвертора

Начинайте всегда именно с этого параметра. Он считается основным и первым берется во внимание перед тем, как выбрать сварочный инвертор. Диапазон определяется в зависимости от толщины рабочего материала, как и диаметр электрода. Таблица ниже даст всю необходимую информацию:

 Толщина металла, мм    

 Диаметр электрода, мм    

 Сила тока, А    

1-2

1,6

35-45

2-3

2

45-65

2-3

2,5

65-90

3-4

3

80-130

4-6

4

130-170

6-8

5

180-220


Чаще всего в быту сварочное оборудование используется для ремонта (сварки ворот, труб, арматуры и т. д.) или работы с возведением небольших металлоконструкций (каркас теплицы, забор, бокс и т.д.). Обычно материалом в таких случаях выступает мелкий фасонный и листовой прокат из низкоуглеродистой стали толщиной от 1 до 3 мм. Так, например, для профиля 3 мм понадобится электрод «тройка» и сила тока в диапазоне от 120-140 А.


Даже если вы знаете, что будете варить в ближайшее время и не задумываетесь о другом применении, рекомендуем выбирать аппарат с запасом по рабочему току до 30% и более. Не ориентируйтесь на максимальное значение. Постоянная нагрузка на сварочный инвертор никак не пойдет ему на пользу. С запасом вы сможете обеспечить ее равномерность. К тому же расширенный диапазон тока пригодится на перспективу.

Определяем продолжительность включения аппарата сварки

Вторым по важности параметром считается ПВ или продолжительность включения сварочного аппарата. В соответствии с международным стандартом EN 60974-1 эта характеристика определяет количество времени работы инвертора с максимальным сварочным током внутри десятиминутного цикла. Например, если в паспорте указана длительность включения – 40 %, это означает, что из 10-ти минут на максимальном токе он проработает только 4, а на остальные 6 минут перейдет в режим покоя и будет остывать.


Обратите внимание на то, что показатель ПВ в стандарте измеряется при температуре окружающего воздуха равной 40-а градусам Цельсия. Почему мы заостряем на это внимание? Дело в том, что некоторые производители тестируют оборудование при 20 градусах, что увеличивает показатель в два раза. Такое значение несопоставимо с параметрами других агрегатов, указанных в характеристиках. Оно часто вводит в заблуждение тех, кто впервые выбирает сварочный аппарат.

Какой должна быть продолжительность включения в сварочном инверторе? На деле чаще всего длительность сварки без прерывания составляет не более 3-4 минут. Перерыв необходим для подготовки материала, подгонки деталей, замены электрода и т.д. Поэтому 4-х минут в рабочем режиме вполне хватает для выполнения бытовых задач.


Защита от сбоев в электросети

Если имеется проблема со скачками напряжения – не помешает запас мощности тока на 30-50 %. Альтернативой станет модель с защитой от перепадов в электросети. Инверторы FUBAG стандартно защищены от перепадов в диапазоне от 150 до 250 В. Что же касается аппаратов других производителей, нужно обязательно учесть этот нюанс, чтобы не прогадать с выбором.

Что за функции сварочного инвертора — Hot Start, Arc Force, Antistick?


Некоторые функции созданы, чтобы облегчить работу со сварочным аппаратом. Именно к ним и относятся перечисленные. Если вы новичок в сварочном деле, тогда обязательно обратите внимание на их наличие.
  • Hot Start («Горячий старт») – функция для быстрого и легкого розжига дуги. Работает она довольно просто – в момент поджига сварочный аппарат автоматически увеличивает силу тока на доли секунды, а затем снова возвращает параметры заданные сварщиком.
  • Arc Force («Форсаж дуги») – функция для стабилизации дуги. В процессе сварки может произойти всякое, особенно у новичков. Если сварочная дуга начинает «рваться» и гаснуть, то с включенным режимом Arc Force аппарат автоматически даст дополнительные импульсы тока.
  • Anti Stick («Антизалипание») – функция для легкого отделения залипшего электрода. Во время сварки электрод может прилипнуть к металлу, что приводит к короткому замыканию. При этом просто так отделить его от заготовки никак не получится. Anti Stick срабатывает при коротком замыкании и сбрасывает значение тока до минимума, что позволяет легко отделить электрод и продолжить работу.


Специальные возможности сварочных инверторов – функции VRD и TIG-lift

От функций облегчающих работу перейдем к тем, которые позволяют выйти на уровень близкий к профессиональному. И начнем мы с Voltage Reduction Device или VRD. Включение данного режима позволит автоматически снижать напряжение холостого хода до безопасного уровня, что актуально во время сварки при высокой влажности или в стесненных условиях. Использование функции VRD в сварочном инверторе обезопасит процесс сварки, защищая сварщика от случайных касаний электрода.


Некоторые инверторы позволяют варить TIG-LIFT сваркой с использованием TIG-горелки. В линейке FUBAG эти модели легко опознать по маркировке в названии – IN. Комбинируя различные типы сварки, они становятся универсальными сварочными аппаратами, которые могут использоваться не только в быту, но и в профессиональной деятельности. Само собой для TIG-сварки понадобится не только баллон с аргоном, но и специальная горелка.

Компактность и эргономичность сварочного аппарата

С развитием технологий производителям удалось существенно уменьшить вес и габариты аппаратов для сварки. Если требуется бытовой сварочный инвертор, то лучше всего брать что-то небольшое и в то же время функциональное. Некоторые модели FUBAG пользуются спросом за счет своей компактности и возможности использовать их на высоте или в чрезмерно ограниченных пространствах. Но здесь стоит ориентироваться на те задачи, которые вы ставите перед собой в ближайшее время. А когда вы почувствуете себя увереннее, вы наверняка захотите выбрать аргонодуговой аппарат или полуавтомат.

Узнайте больше нюансов выбора сварочного инвертора в нашем видео:

Получите 10 самых читаемых статей + подарок!   

*

Подписаться

Инверторы тока с отсекающими диодами на однооперационных тиристорах

Рис. 5.14. Схема однофазного инвертора тока (а) и временная диаграмма

выходного тока (б)

Выше была отмечена невозможность использования классических инверторов тока для электропривода переменного тока изза разряда конденсатора на нагрузку. И Д2 препятствует диод Д4. При включении тиристоров ТЗ, Т4 образуются два контура коммутации тиристоров с токами //<,, 1К2, которые выключают тиристоры Т1 и Т2. Аналогичным образом протекает работа трехфазного мостового инвертора с отсекающими диодами (рис.5.15). Инверторы в рассматриваемом случае питаются от трехфазных мостовых управляемых выпрямителей В. Однако их использование для регулирования напряжения

на нагрузке изза большой индуктивности дросселя значительно снижает быстродействие преобразователя.

Рис.5.15. Схема трехфазного инвертора с отсекающими диодами тока (а) и временная диаграмма фазного тока нагрузки при угле проводимости

тиристоров, равном 120° (б)

Это также является недостатком инверторов тока. Однако следует отметить, что наличие дросселя на входе инвертора является хорошей


защитой инвертора от коротких замыканий при его опрокидывании. Этим объясняется практическое применение АИТ до появления автономных инверторов напряжения (АИН) с применением ШИМ по синусоидальному закону.

Инверторы тока на полностью управляемых полупроводниковых приборах

Серийный выпуск двухоперационных тиристоров и транзисторов на токи до 3000 А и напряжения до 3000 В позволил в значительной мере улучшить характеристики инверторов тока. Схемы инверторов тока, выполненные на их основе, не нуждаются в применении отсекающих диодов и мощных конденсаторов, обеспечивающих надежное запирание однооперационных тиристоров.

Рис.5.16. Схема однофазного мостового инвертора на двухоперационных тиристорах (а) и временная диаграмма тока (б)

и

На рис.5.16 приведена схема однофазного инвертора тока на двухоперационных тиристорах. Поскольку конденсатор С не участвует в выключении тиристоров, то его емкость значительно меньше по сравнению с инверторами на однооперационных тиристорах. По этой причине необходимость в отсекающих диодах отсутствует. В инверторах, ведомых сетью (рис.5.17) рекуперацию энергии можно проводить в течение всего полупериода (рис. 5.17,б), не оставляя время на восстановление запирающих свойств тиристоров (угол опережения равен нулю). Схема трехфазного мостового инвертора, выполненного на двухоперационных тиристорах, приобретает вид, показанный на рис.5.18.

*

Рис.5.17. Схема однофазного мостового инвертора, ведомого сетью на однооперационных тиристорах (а) и кривые токов и напряжения (б)

1<3

Глава 6. Активные преобразователи тока

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Рис.5.18. Схема трехфазного мостового инвертора на двухоперационных тиристорах (а) и временная диаграмма фазного тока при 1=120° (б)

Однофазный мостовой активный выпрямитель тока (АВТ) Г61

В последнее время наряду с активными выпрямителями напряжения (АВН) ведутся разработки активных выпрямителей тока (АВТ), нагрузка которых содержит индуктивные элементы Zн с большой индуктивностью (Ьц—>со). противоЭДС нагрузки. На схеме сплошными стрелками обозначены условные положительные направления токов и напряжения для случая работы преобразователя в режиме активного выпрямителя тока (АВТ).

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

При положительном направлении входного тока преобразователя г’п формирование положительных импульсов выходного напряжения Щ осуществляется за счет одновременного включения и управления по синусоидальному закону ключей К1, К2 (рис.6.2). Пауза между импульсами

напряжения иа формируется путем одновременного отпирания ключей К1,

К4. Формирование отрицательных импульсов напряжения Щ происходит при изменении направления входного тока преобразователя /п (пунктир) под воздействием ЭДС самоиндукции ес дросселя путем одновременного

замыкания ключей КЗ, К4. Пауза между отрицательными импульсами Щ формируется при замыкании ключей К2, КЗ (рис. 4 и

энергия, накопленная в дросселе будет равна = Ьс11с1 / 2. В момент

времени & — $о напряжение и меняет знак и становится положительным (полярность без скобок, рис.6.1). С этого момента формирование импульсов тока /п и напряжения Щ за время (рис.6.2) происходит следующим образом. На отрезке времени $И открываются К4, КЗ и под действием ЭДС

самоиндукции ес — Ldi / dt с полярностью, обозначенной на рис.6.2, ток будет протекать встречно Ен по цепи +eçEHK4aC0eK3RH()ec.

Г — і «2Î.

К4′ 1 !jk :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.6.1. Силовая схема однофазного мостового активного преобразователя

тока

Рис. . При замкнутых Kl, К2 ток преобразователя протекает по цепи аК1RH Lj К2в. При замкнутых ключах К4, К1 за время паузы ток протекает под действием ЭДС самоиндукции ес по цепи +есЕнК4К1RH ()ес.

В момент времени $ — $2 меняет знак напряжение сети, и поскольку алгоритм переключения ключей К1, К2, К4 сохраняется вплоть до момента времени «93 , то во время действия импульса ток /п будет протекать по цепи

+ecEHK2eC(paKlRH ()ес встречно напряжению на конденсаторе.

Полярность на конденсаторе обозначена в скобках. На протяжении импульса вектора напряжения U п и тока I п совпадают, а это означает, что за это время происходит возврат энергии в сеть (рекуперация). За время паузы Kl, К4 замкнуты и ток протекает по цепи +есЕн К4К1RH ()есНачиная с момента времени *9 = i93 и до момента «9 = i94 на преобразователе устанавливается алгоритм переключения ключей, как и в промежутке времени «9 = i90 —19|.

Инверторный режим работы активного преобразователя

Для осуществления работы активного преобразователя в режиме инвертора необходимо изменить полярность напряжения источника Е<$ (в скобках). в цепи постоянного тока среднее значение напряжения на зажимах 34 преобразователя изменило свой знак по (плюс на зажиме 3, минус на зажиме 4) по сравнению с выпрямительным режимом преобразователя (на рис.6.3 обозначено пунктиром).

Системой управления ШИМ это достигается формированием

отрицательных импульсов на большем отрезке времени полупериода по сравнению с протяженностью положительных импульсов. Формирование отрицательных импульсов ид при положительном напряжении сети и (полярностью без скобок) происходит при одновременно открытых ключах КЗ, К4, что соответствует отрицательным импульсам входного тока преобразователя /п (пунктир, рис.6.3 ). Формирование паузы в кривой

напряжения и тока /п преобразователя происходит при одновременной проводимости ключей К2, КЗ. Положительные импульсы напряжения Щ и тока /п формируются при одновременно замкнутых ключах К1, К2. Пауза образуется при замкнутых ключах К1, К4. Рассмотрим подробно электромагнитные процессы в преобразователе при таком алгоритме управления ключами преобразователя, когда ток и напряжение сети находятся в противофазе на всем промежутке полупериода (рис. замкнуты К2, К1, во время паузы К4, К1. При

этом в течение времени г9| ~Э2 , когда напряжение сети и еще не изменило

Рис.6.5. Принципиальная схеме трехфазного мостового активного

выпрямителя тока

 

Принципиальная силовая схема трехфазного мостового активного выпрямителя тока приведена на рис.6.5. Она включает в себя трехфазный мостовой полупроводниковый коммутатор ПК, сглаживающий реактор Между зажимами питающей сети и ПК включен трехфазный сетевой фильтр СФ.

 

В качестве нагрузки активного выпрямителя тока (АВТ) (противоэдс- нагрузки £н) может являться или двигатель постоянного тока или автономный инвертор тока (АИТ), к которому, в свою очередь,

78

 

подключается двигатель переменного тока. Система управления выпрямителем СУВ, на вход которой от задающего устройства подводятся

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

токи i3a, i3e, i3c} формирует импульсы управления ключами полупроводникового коммутатора ПК [5].

В качестве ключей могут быть использованы транзисторы с последовательно включенными диодами, как это показано на рис.6.5, или двухоперационные тиристоры. Управление ключами ПК производится аналогично алгоритму ШИМ одномостового АВТ с учетом сдвига на 120° между ветвями моста. В результате формируемые полупроводниковым

коммутатором импульсы токов ina, \пв, \пс сдвинуты друг относительно друга на 120°. С помощью фильтра СФ потребляемые от сети токи принимают практически синусоидальную форму.

Трехфазный мостовой активный выпрямитель тока как и однофазный мостовой АВТ может работать и в инверторном режиме.

Для его перевода в инверторный режим необходимо изменить полярность ЭДС нагрузки Ец на обратную, обозначенную на рис.6.5 в скобках. Возможность рекуперации энергии в сеть от источника тока с помощью АВТ позволяет создавать электропривод переменного тока на основе двухзвенных преобразователей тока, используя два комплекта: активный выпрямитель тока (АВТ) и автономный инвертор тока (АИТ).

Рассмотрим принцип действия таких преобразователей.

Двухзвенный электропривод переменного тока с преобразователями тока

Кроме преобразователей с автономным инвертором напряжения, рассмотренных в предыдущих подразделах, находят широкое распространение преобразователи со звеном постоянного тока и автономным инвертором управляемым током [12].

Классическая структура преобразователя, называемого преобразователем с автономным инвертором тока (АИТ), показана на рис.6.6. Принципиальное отличие его от преобразователя с АИН состоит в том, что инвертор получает питание от источника тока, а не от источника напряжения. В качестве такого источника используется управляемый выпрямитель (УВ) с системой управления выпрямителем (СУВ), которому придаются свойства источника тока путем создания контура регулирования выпрямленного тока 1д. В контуре регулирования тока предусмотрен регулятор тока (РТ), на входе которого истинное значение выпрямленного тока сравнивается с сигналом задания. Таким образом, этот сигнал задает значение тока на входе автономного инвертора, а следовательно, и значение тока статора двигателя, который формируется из тока путем переключения ключей инвертора. Частота статорного тока, так же как частота напряжения в преобразователе с АИН и управляемым выпрямителем (см. рис.6.6), задается сигналом задания частоты на входе системы

управления инвертором (СУ И). Особенности принципа работы преобразователя с АИТ определяют схемные отличия его от преобразователя с инвертором напряжения: сглаживающий фильтр, предназначенный для сглаживания пульсаций выпрямленного тока, в качестве основного элемента содержит не конденсатор, а дроссель Ьд, кроме того, в АИТ отсутствуют диоды обратного тока в ключах автономного инвертора. Это связано с тем, что при переключениях ключей инвертора формируются не напряжения на обмотках статора двигателя, а ток в них.

Рис.6.6. Структурная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока, управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Напряжение на обмотках формируется при уже сформированной форме фазного тока, а фазовый сдвиг между током и напряжением образуется путем сдвига напряжения относительно тока, а не тока относительно напряжения. В результате отсутствуют промежутки времени, в течение которых уже произошло переключение ключей инвертора, а ток должен еще протекать в прежнем направлении изза индуктивного характера нагрузки. Режим частотного управления скоростью асинхронного двигателя при питании его от АИТ называют частотнотоковым управлением [12].

При частотнотоковом управлении обычно обеспечивается управление составляющими тока статора по двум перпендикулярным осям, что дает возможность регулировать момент двигателя и задавать режим работы с желаемым потоком возбуждения.

Рассмотрим более подробно работу такого электропривода, используя в качестве управляемого выпрямителя активный выпрямитель тока (рис.6.7).

В силовой схеме преобразователя последовательно включены активный выпрямитель тока (АВТ), а также автономный инвертор тока (АИТ) и выходной фильтр (Ф2). В состав АВТ, кроме полупроводникового коммутатора, обязательной составной частью входят входной сетевой фильтр Ф1 и сглаживающий реактор L& цепи выпрямленного тока. Силовые полупроводниковые переключающие элементы выпрямителя и инвертора, состоят из последовательно соединенных транзисторов и диодов. Полупроводниковые ключи могут быть также выполнены на двухоперационных тиристорах. Выпрямитель и инвертор выполняются по идентичным трехфазным мостовым схемам и работают в режиме ШИМ. Однако АИТ может работать и в режиме 120градусного управления без ШИМ. При этом форма выходного напряжения имеет такой же вид, как и в инверторах на однооперационных тиристорах (рис.5.18).

Рис.6.7. Силовая схема ДПЧ с активным выпрямителем и автономным

инвертором тока

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Ток в звене постоянного тока сглажен реактором и на периоде ШИМ не претерпевает существенных изменений. В результате дискретной работы ключей автономный инвертор тока формирует на своих выходных зажимах ан, Ън и сн трехфазный переменный ток в виде широтномодулированных периодических импульсов тока, сдвинутых друг относительно друга на 120°. Этот ток содержит низкочастотную (полезную) гармоническую составляющую и высокочастотные составляющие, обусловленные дискретностью работы ключей инвертора в режиме ШИМ. Высокочастотные составляющие тока замыкаются через конденсаторы выходного параллельного фильтра Ф2. Кроме того, проникновению их в цепь нагрузки препятствуют индуктивности рассеяния обмоток двигателя. Поэтому ток, потребляемый двигателем, близок по форме к синусоидальному. Конденсаторы фильтра Ф2 выполняют также функцию

компенсаторов реактивной мощности двигателя и при соответствующем выборе их емкости способствуют

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

уменьшению установленной мощности оборудования двухзвенного преобразователя частоты.

Активный выпрямитель тока представляет собой

обращенный автономный инвертор тока. В связи со сглаженной формой выходного тока и дискретной работой ключей, активный выпрямитель тока формирует на своих входных зажимах ah bh с/ сдвинутые на 120° широтномодулированные импульсы тока, а на выходных его зажимах 12 создается ЭДС, среднее значение которой Е^ приобретает полярность, обозначенную без скобок. По существу это трехфазный переменный импульсный ток, генерируемый обращенным автономным инвертором тока. Вместе с основной (полезной) гармонической составляющей этот ток содержит высшие гармоники, проникновение которых в питающую сеть нежелательно. Поэтому на входе полупроводникового коммутатора АВТ включены конденсаторы, обеспечивающие контуры короткого замыкания высокочастотных составляющих этого тока. Кроме того, для предотвращения их проникновения в питающую сеть во входные цепи включены реакторы. В результате ток, потребляемый преобразователем частоты из питающей сети, также как и выходной ток преобразователя при условии реализации в схеме АИТ аналогичного алгоритма ШИМ, близок к синусоидальному.

Преобразователи частоты данного типа обладают возможностью обеспечения двухстороннего энергетического обмена между питающей сетью и двигателем и регулирования коэффициента мощности по входу преобразователя. При переводе электрической машины переменного тока в генераторный режим работы при торможении, входное напряжение АИТ (противоЭДС Ен), который по цепям управления переводится при этом в режим выпрямителя, меняет полярность (в скобках) и становится больше выходного напряжения АВТ, который также по цепям управления переводится при этом в режим инвертирования. с противоположным знаком (в скобках). Таким образом, при условии, что Ец>Еd ток в звене постоянного тока не изменяет своего направления, а фаза токов в питающей сети меняется на 180 градусов по сравнению с двигательным режимом. При этом энергия от генератора через токовый ДПЧ возвращается в питающую сеть.

Вышеизложенное свидетельствует о том, что

двухзвенные преобразователи частоты с активными выпрямителями обладают комплексом ценных свойств и являются эффективным средством решения актуальных проблем регулируемого электропривода и энергосбережения на его основе. Необходимо отметить, что для реализации этих свойств необходимы соответствующие

высококачественные системы автоматического регулирования, учитывающие специфику активных выпрямителей как объектов управления.

(Материал взят из книги Кулик В. Д. Силовая электроника. Автономные инверторы, активные преобразователи — Кулик В. Д.)

Как инверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменный?

В самом конце 1800-х годов американские электрические пионер Томас Эдисон (1847–1931) изо всех сил старался продемонстрировать что постоянный ток (DC) был лучшим способом подачи электроэнергии мощность, чем переменного тока (AC), система, поддерживаемая его главный соперник Никола Тесла (1856–1943).Эдисон пробовал все виды хитрые способы убедить людей в том, что кондиционер слишком опасен, от убить слона на электрическом стуле, чтобы (довольно хитро) поддержать использование AC на электрическом стуле для приведения в исполнение смертной казни. Несмотря на это, Система Tesla победила, и мир в значительной степени работает на переменном токе власть с тех пор.

Беда только в том, что многие наши приборы предназначены для работы с переменным током, малогабаритные генераторы часто вырабатывают постоянный ток. Что означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от Автомобильный аккумулятор постоянного тока в мобильном доме, вам нужно устройство, которое преобразует DC to AC — инвертор, как его еще называют.Давай ближе посмотрите на эти гаджеты и узнайте, как они работают!

На фото: набор электрических инверторов, которые можно использовать с оборудованием для производства возобновляемой энергии, например, солнечными батареями и ветряными микровентиляторами. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерство энергетики США / NREL (DoE / NREL).

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

Когда учителя естествознания объясняют нам основную идею электричества как поток электронов обычно говорят о прямом ток (постоянный ток).Мы узнаем, что электроны работают как линия муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии в одном способ, которым муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для что-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема ( непрерывный электрический контур), соединяющий батарею, лампу и выключатель, и электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к лампу, пока не разрядится вся энергия батареи.

Анимация: В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока? Предположим, вам нужно пропылесосить комнату.Прямой ток немного похож на движение от одной стороны к другой по прямой; переменный ток похож на движение вперед и назад на пятно. Оба выполняют свою работу, хотя и немного по-разному!

В более крупных бытовых приборах электричество работает иначе. Источник питания, который поступает из розетки в стене, основан на переменный ток (AC), где переключается электричество примерно 50–60 раз в секунду (другими словами, частота 50–60 Гц). Может быть трудно понять, как AC обеспечивает энергия, когда она постоянно меняет свое мнение о том, куда она идет! Если электроны, выходящие из вашей розетки, получат, скажем, несколько миллиметрах вниз по кабелю, затем нужно изменить направление и вернуться опять же, как они вообще добрались до лампы на вашем столе, чтобы сделать ее загораться?

Ответ на самом деле довольно прост.Представьте себе кабели бегает между лампой и стеной, набитой электронами. Когда Вы нажимаете на переключатель, все электроны заполняют кабель колебаться взад и вперед в нити лампы — и эта быстрая перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и заставляет лампы накаливания свечения. Электроны не обязательно должны двигаться по кругу для переноса энергии: в AC они просто «бегут на месте».

Что такое инвертор?

Фото: Типичный электрический инвертор.Это сделано Xantrex / Trace Engineering. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (DoE / NREL).

Одно из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Westinghouse, босс Westinghouse Electrical Company), что большинство бытовой техники, которая есть в наших домах, специально спроектированы работать от сети переменного тока. Устройства, которым нужен постоянный ток, но которые должны потреблять электроэнергию от розеток переменного тока требуется дополнительное оборудование, называемое выпрямителем, обычно строится из электронных компонентов, называемых диоды для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и его довольно легко понять суть того, как это работает. Предположим, у вас в фонарик и выключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи, всегда в одном направлении, как гоночная машина по трассе. Что теперь если вынуть аккумулятор и перевернуть. Предполагая, что он подходит в противном случае он почти наверняка будет питать фонарик, и вы не заметит никакой разницы в получаемом вами свете, но электрический ток на самом деле будет течь в обратном направлении.Предположим, вы у них были молниеносные руки и они были достаточно ловкими, чтобы постоянно менять направление движения. аккумулятор 50–60 раз в секунду. Тогда вы станете чем-то вроде механического инвертор, преобразующий постоянный ток батареи в переменный ток с частотой 50–60 герц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не работают должным образом. таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные Включает и выключает эти переключатели на высокой скорости для реверсирования тока направление. Подобные инверторы часто производят так называемый прямоугольный выход: ток либо течет в одну сторону, либо наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями:

Такие внезапные переключения мощности довольно жестоки для некоторых видов электрического оборудования.При нормальном питании переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого плавно изменяющегося выхода переменного тока из Вход постоянного тока. В них используются электронные компоненты, называемые индукторами и конденсаторы, чтобы выходной ток увеличивался и падал более плавно чем резкое включение / выключение прямоугольного сигнала на выходе, которое вы получаете с базовый инвертор.

Инверторы

также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного Входное напряжение постоянного тока в совершенно другое выходное напряжение переменного тока (выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше чем входная мощность: из сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не могут выдавать больше мощности, чем потребляют в, и некоторая энергия неизбежно будет потеряна в виде тепла по мере того, как течет электричество через различные электрические и электронные компоненты. В На практике КПД инвертора часто превышает 90 процентов, хотя основы физики говорят нам, что некоторая энергия — пусть и небольшая — всегда где-то потрачено впустую!

Как работает инвертор?

Мы только что получили очень простой обзор инверторов — и теперь давайте вернемся к нему еще раз. немного подробнее.

Представьте, что вы аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вас вместо этого производить AC. Как бы ты это сделал? Если все ток, который вы производите, течет в одном направлении, как насчет добавления просто переключиться на выходной провод? Включение и выключение тока, очень быстро, будет давать импульсы постоянного тока — что будет при минимум половина работы.Чтобы обеспечить надлежащий AC, вам понадобится переключатель, который позволил вам полностью изменить направление тока и сделать это около 50-60 раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую контакты вперед и назад более 3000 раз в минуту. Вам понадобится аккуратная работа пальцами!

По сути, устаревший механический инвертор сводится к коммутационному блоку. подключен к электрическому трансформатору. Если вы изучили наши статья о трансформаторах, вы узнаете, что они электромагнитные устройства, которые изменяют переменный ток низкого напряжения на переменный ток высокого напряжения или наоборот, с использованием двух катушек проволоки (называемых первичной и вторичной), намотанной вокруг общего железного сердечника.В механическом инверторе либо электродвигатель или какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий постоянный ток вперед и назад в первичный, просто поменяв местами контакты, и это производит переменный ток во вторичной — так он не так уж сильно отличается от воображаемого инвертора, который я набросал выше. Переключающее устройство работает примерно так же, как и в электрический дверной звонок. Когда питание подключено, он намагничивает переключатель, потянув ее открыть и на короткое время выключить. Весна тянет переключите обратно в положение, включите его снова и повторите процесс — снова и снова.

Анимация: Базовая концепция электромеханического инвертора. Постоянный ток подается в первичную обмотку (розовые зигзагообразные провода с левой стороны) тороидального трансформатора (коричневый пончик) через вращающуюся пластину (красный и синий) с перекрестными соединениями. Когда пластина вращается, она неоднократно переключает соединения с первичной обмоткой, поэтому трансформатор получает на вход переменный ток, а не постоянный ток.Это повышающий трансформатор с большим количеством обмоток во вторичной обмотке (желтый зигзаг, правая сторона), чем в первичной, поэтому он увеличивает небольшое входное напряжение переменного тока до большего выходного переменного тока. Скорость вращения диска определяет частоту выходного переменного тока. Большинство инверторов не работают так; это просто иллюстрирует концепцию. Установленный таким образом инвертор будет производить очень грубую прямоугольную волну на выходе.

Типы инверторов

Если вы просто включаете и выключаете постоянный ток или перевертываете его обратно и вперед, так что его направление продолжает меняться, то, что вы в конечном итоге, очень резкие изменения тока: все в одну сторону, все в другую направление и обратно.Нарисуйте диаграмму тока (или напряжения) против времени, и вы получите прямоугольную волну. Хотя электричество, различающееся таким образом, составляет , технически , переменный ток, это совсем не похоже на переменный ток доставляется в наши дома, что гораздо более плавно волнообразная синусоида). Вообще здоровенный бытовые приборы в наших домах, которые используют чистую электроэнергию (например, электрические обогреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники) не особо заботятся волны какой формы они получают: все, что им нужно, это энергия и много это — так что прямоугольные волны их действительно не беспокоят.Электронные устройства, на с другой стороны, они гораздо более привередливы и предпочитают более плавный ввод они получают от синусоиды.

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов: инверторы истинной / чистой синусоидальной волны (часто сокращенно до PSW) и модифицированные / квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW). В качестве их название предполагает, что настоящие инверторы используют так называемые тороидальные (в форме пончика) трансформаторы и электронные схемы для преобразования постоянный ток в плавно изменяющийся переменный ток очень похожий на настоящую синусоиду, обычно подаваемую в наши дома.Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока. источник, включая телевизоры, компьютеры, видеоигры, радио и стереосистемы. С другой стороны, модифицированные синусоидальные инверторы используют относительно недорогая электроника (тиристоры, диоды и другие простые компоненты) на производят своего рода «закругленную» прямоугольную волну (гораздо более грубую приближение к синусоиде), и пока они подходят для доставки мощность для здоровенных электроприборов, они могут вызывать и действительно вызывают проблемы с тонкой электроникой (или чем-либо с электронным или микропроцессорным контроллером), в общем, это означает, что они не подходят для ноутбуков, медицинского оборудования, цифровых часы и устройства умного дома. Кроме того, если задуматься, их закругленный квадрат волны в целом обеспечивают большую мощность устройства, чем чистая синусоида (площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает некоторый риск перегрева инверторов MSW. С другой стороны, они, как правило, немного дешевле, чем настоящие инверторы.

Изображение: модифицированная синусоида (MSW, зеленый) больше напоминает синусоидальную волну (синий), чем прямоугольную волну (оранжевый), но все же включает в себя внезапные резкие изменения тока.Чем больше шагов в модифицированной синусоиде, тем ближе она к идеализированная форма истинной синусоиды.

Хотя многие инверторы работают как автономные блоки с аккумулятором, которые полностью Независимо от сети, другие (известные как инверторы , связанные с энергосистемой, или инверторы , привязанные к сети, ) являются специально разработан для постоянного подключения к сети; обычно они используются для передачи электричества от чего-то как солнечная панель, обратно в сеть с правильным напряжением и частотой. Это нормально, если ваша главная цель — выработать собственную силу. Это не так полезно если вы хотите иногда быть независимым от сетки или хотите резервный источник питания на случай отключения электричества, потому что если ваш подключение к сети прерывается, и вы не производите электроэнергию самостоятельно (например, сейчас ночь и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже выходит из строя, и вы совершенно лишены силы — так же беспомощны, как если бы вы генерировали свою собственную силу или нет.По этой причине некоторые люди используют бимодальные инверторы или двунаправленные преобразователи , которые могут работать либо в автономном, либо в привязанном к сети режиме (но не в обоих одновременно). С у них есть лишние детали, они имеют тенденцию быть более громоздкими и более дорогие.

Подпись: Никола Тесла. Хотя он выиграл войну токов, его соперника Томаса Эдисона до сих пор помнят как первооткрывателя электроэнергии. Гравюра Теслы работы Саронга, 1906 год, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Что такое инверторы?

Инверторы

могут быть очень большими и здоровенными, особенно если они имеют встроенный аккумуляторные батареи, чтобы они могли работать автономно. Они тоже выделяют много тепла, поэтому они имеют большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Как вы можете видеть на нашем верхнем фото, типичные — размером с автомобильный аккумулятор или автомобильное зарядное устройство; большие единицы выглядят Это немного похоже на батарею автомобильных аккумуляторов в вертикальной стопке. Самые маленькие инверторы больше портативные коробки размером с автомобильный радиоприемник, которые можно подключить к прикуривателю розетка для производства переменного тока для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Как бытовые приборы различаются по потребляемой мощности, так и инверторы различаются. в мощности, которую они производят. Обычно на всякий случай вы нужен инвертор, рассчитанный примерно на четверть выше максимальной мощности устройства, которым вы хотите управлять. Это учитывает тот факт, что некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют пиковую мощность при первом включении. В то время как инверторы могут обеспечивать пиковую мощность в течение коротких периодов времени, это важно отметить, что они на самом деле не предназначены для работы на пике мощность на длительные периоды.

Как работают инверторы — инженерное мышление

Как работают инверторы. В этой статье мы рассмотрим, как работает инвертор для преобразования постоянного тока (DC) в переменный ток (AC). Инверторы используются в фотоэлектрических массивах для обеспечения питания переменного тока в домах и зданиях. Они также интегрированы в частотно-регулируемые приводы (VFD) для обеспечения точного управления системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в здании путем управления скоростью, крутящим моментом и направлением вращения асинхронных двигателей переменного тока, соединенных с вентиляторами, насосами и компрессорами. Прокрутите вниз, чтобы просмотреть видеоурок

Отличным примером того, как инвертор был интегрирован в систему охлаждения, чтобы обеспечить точное управление, а также разблокировать экономию энергии, является компрессорно-конденсаторный агрегат Danfoss Optyma ™ Plus INVERTER. Инвертор Optyma ™ Plus сочетает в себе ведущий на рынке опыт в проектировании компрессорно-конденсаторных агрегатов с уникальными преимуществами бесступенчатой ​​инверторной спиральной технологии. Результат — повышение энергоэффективности на 25% в адаптивном пакете для средне- и высокотемпературных холодильных систем в диапазоне от 2 кВт до 9 кВт с R407A, R407F и R404A.Узнайте больше об ИНВЕРТОРЕ Optyma ™ Plus

Узнайте больше об инверторах здесь — нажмите здесь

Что такое инвертор?

Начнем с основ. Вы, вероятно, знаете, что существует два различных типа электроэнергии: постоянный ток (DC), который вырабатывается батареями, солнечными панелями и т. Д. Этот тип энергии в основном используется небольшими цифровыми товарами с печатными платами и т. Д.
Другой тип питания — это переменный ток (AC), он подается от сетевых розеток в ваших домах и обычно используется для питания более крупных приборов.У обоих типов власти есть свои применения и ограничения, поэтому нам часто приходится преобразовывать их, чтобы максимально использовать их.

Инвертор преобразует постоянный ток в переменный

Инвертор — это устройство, которое используется для преобразования постоянного тока (DC) в переменный ток (AC).

Осциллограф постоянного тока

Если вы использовали осциллограф для просмотра сигналов этих двух типов мощности, вы увидите, что постоянный ток находится на максимальном напряжении и продолжается по прямой линии. Это потому, что ток течет только в одном направлении, поэтому его называют постоянным током.Это немного похоже на реку или канал, он всегда на вершине и течет в одном направлении.

Образец осциллографа переменного тока

Если вы использовали осциллограф для просмотра переменного тока, вы увидите волнообразный рисунок, в котором напряжение чередуется между двумя пиковыми напряжениями в положительной и отрицательной половине цикла. Это потому, что ток движется вперед и назад. Это немного похоже на прилив в океане, где он достигает своего максимального прилива и максимального отлива, а течение воды меняет направление между ними на пики.

Итак, инвертор просто преобразует постоянный ток в переменный, и это очень полезное изобретение. Вы также можете преобразовать переменный ток в постоянный с помощью выпрямителя, который обычно встречается в некоторых устройствах. Если вы хотите узнать больше об электричестве, посмотрите наше предыдущее видео о том, как работает электричество.

Где используются инверторы?

Инверторные приложения

Обычное и довольно простое применение инверторов — это фотоэлектрические батареи, поскольку они генерируют мощность постоянного тока, но бытовые приборы в вашем доме будут использовать мощность переменного тока, поэтому ее необходимо преобразовать для использования.Вы также можете купить портативные инверторы для своего автомобиля, которые позволяют использовать автомобильный аккумулятор для питания небольшой бытовой техники.

Чуть более сложный способ их использования — интеграция в частотно-регулируемые приводы (VFD), также известные как приводы с регулируемой скоростью (VSD), для управления скоростью, крутящим моментом и направлением двигателей переменного тока для достижения очень точного управления, что также позволяет экономить энергию. Вы найдете их на вентиляторах, насосах, компрессорах и практически на любом вращающемся оборудовании. Они используются во всех отраслях промышленности и широко используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для промышленных и коммерческих объектов.
В этом приложении инвертор соединен с выпрямителем, и входящая мощность переменного тока преобразуется в постоянный ток, а затем обратно в переменный, но контроллеры изменяют частоту синусоидальной волны.

Манипулируя этим, можно точно контролировать поведение двигателей, и, таким образом, при подключении к вентилятору, насосу или компрессору это также можно точно контролировать.
Частично так работает инверторно-конденсаторный агрегат Danfoss Optyma plus, у него очень умный контур управления, который измеряет охлаждающую нагрузку, а затем изменяет скорость двигателя, который изменяет скорость спирального компрессора и который увеличивает или уменьшает холодопроизводительность, соответствующая нагрузке и обеспечивающая точный контроль температуры, а также экономию энергии.

Как работают инверторы

Схема простого инвертора

Рассмотрим упрощенную схему, в которой источник постоянного тока используется для питания нагрузки переменного тока. Для преобразования постоянного тока в переменный есть 4 переключателя. Переключатели спарены вместе, так что переключатели 2 и 3 размыкаются, когда замыкаются 1 и 4, и наоборот. Это заставит ток через нагрузку в переменном направлении, поэтому нагрузка будет испытывать переменный ток, даже если он исходит от источника постоянного тока.

Если переключатели 2 и 3 замкнуты, а переключатели 1 и 4 разомкнуты, это вызовет протекание тока через правую сторону лампы.
Если переключатели 1 и 4 замкнуты, а 2 и 3 разомкнуты, это заставит ток течь через левую сторону лампы.

Простая анимация переключения инвертора

Итак, вы можете видеть, что есть источник постоянного тока, но лампа испытывает переменный ток.

Лампа не будет воспринимать это как синусоидальную волну, поскольку внезапное переключение приведет только к прямоугольной волне. Острые углы прямоугольной волны могут повредить электрооборудование, поэтому их необходимо сгладить.

Переключение также слишком быстрое для человека. Если учесть, что электричество, которое вы получаете в розетках вашего дома, будет подаваться с частотой 50 или 60 Гц, в зависимости от того, в какой точке мира вы находитесь. Это означает, что ток должен менять направление 50-60 раз в секунду.

Для достижения требуемой скорости переключения инженеры используют специальные электронные компоненты, такие как диоды, IGBT, MOSFET и т. Д.

Инвертор, использующий IGBT

Рассмотрим пример трехфазного питания двигателя. Вы можете видеть, что эта схема имеет источник постоянного тока и нагрузку переменного тока, а для преобразования постоянного тока в переменный существует связка IGBT, подключенных к контроллеру. Этот контроллер отправит сигнал каждому IGBT, сообщая ему, когда нужно открывать и закрывать. Эти IGBT соединены вместе.

Анимация переключения IGBT инвертора

Когда на схему подается питание, вы можете видеть, что контроллер переключает пары IGBT, чтобы позволить току проходить через них в течение заданного времени, так что двигатель будет испытывать переменный ток, в этом примере переменный ток. ток в 3 фазах.

Как используются инверторы для управления скоростью двигателя

Если мы внимательно посмотрим на IGBT, мы увидим, что они на самом деле открываются и закрываются пульсирующим образом несколько раз за цикл. Это известно как широтно-импульсная модуляция.

Что происходит, так это то, что цикл был разбит на несколько более мелких сегментов, и контроллер сообщает IGBT, на какой период времени нужно закрыться, во время каждого сегмента.

Путем размыкания и замыкания переключателей на различные промежутки времени в течение каждого сегмента каждого цикла, IGBT могут пропускать ток различной величины через цепь и в двигатель.

Результатом этого является то, что средняя мощность по каждому сегменту приведет к синусоидальной диаграмме. Чем больше сегментов разбивается на цикл, тем более гладкой будет синусоида и тем ближе она будет имитировать реальную синусоидальную волну переменного тока.
Двигатель будет видеть среднее значение и, следовательно, будет испытывать синусоидальный переменный ток.

Широтно-импульсная модуляция

Контроллер может изменять количество времени, в течение которого IGBT открыты, чтобы увеличивать или уменьшать частоту и длину волны для управления скоростью, крутящим моментом и направлением двигателя, а с помощью нескольких дополнительных контуров управления его можно использовать для точного соответствия требуемому загрузка для обеспечения точного управления системой и разблокировки энергосбережения.

Защита от пускового тока инвертора | Аметерм

Защита инвертора от пускового тока

Автор: Мехди Сами
Каушик Дас

Инверторы

Инверторы

— это электрические системы, которые обеспечивают переменное напряжение (выход переменного тока) при подключении к источнику постоянного тока. Инверторы доступны в двух вариантах: трехфазные и однофазные. Эти инверторы также известны как зарядные устройства для аккумуляторов со статической частотой или частотно-регулируемые приводы.

Пусковой ток в инверторах

Обычный отказ инверторов — перегрузка инвертора из-за пускового тока. Это связано с тем, что большинство инверторов спроектированы с минимальным сопротивлением, чтобы повысить их эффективность и минимизировать потери из-за тепла.

Компонент инвертора Причина неисправности
Отказ электролитических конденсаторов Напряжение тока и напряжения
Сварка контакторов Пусковой ток
Отказ мостовых выпрямителей Пусковые токи выше указанного номинала

Причина сбоя пускового тока:

Состояние перегрузки произойдет, даже если вы включите три прибора — одно за другим — подключенные к инвертору.

Рассмотрим следующее:

  • Инвертор мощностью 1000 Вт (точнее, инвертор мощностью 1500 Вт с общей перегрузочной способностью 50%)
  • Три стандартных прибора, например, холодильник на 300 Вт, ЖК-телевизор на 300 Вт и компьютер на 300 Вт. Общая нагрузка для этих приборов: 900 Вт.
  • Инвертор мощностью 1000 Вт полностью поддерживает работу трех вышеуказанных устройств

Состояние перегрузки происходит из-за энергии, необходимой для запуска. Но пусковой или пусковой ток для каждого устройства может достигать 900 Вт или в 3 раза превышать номинальную мощность.

Инвертор перегружается в следующем сценарии:

  • Шаг 1: Если мы включим первое устройство, нагрузка составит 900 Вт, что меньше номинальной мощности инвертора. Таким образом, ситуация перегрузки не возникает
  • Шаг 2: Если вы переключаете второй прибор, общая необходимая мощность будет следующей: Первое устройство 300 Вт + второе устройство 900 Вт = 1200 Вт.Ситуация перегрузки не возникает.
  • Шаг 3: Если вы переключаете третий прибор, общая необходимая мощность будет следующей:
    1-й прибор 300 Вт + 2-й прибор 300 Вт + 3-й прибор 900 Вт = 1500 Вт

Обратите внимание, что состояние перегрузки возникает, как только третье устройство подключается к инвертору.

См. (A) на Рисунке 1 ниже.


Рисунок 1

Решение — Ограничитель пускового тока

Используйте термистор ограничения пускового тока (см. Рисунок 1 (b).) для решения сценария перегрузки примера проблемы:

  • Согласно шагу 3 выше, необходимая мощность инвертора, включая состояние перегрузки> 1500 Вт
  • Поскольку максимальная допустимая выходная мощность составляет 1000 Вт
  • Допустимый ток: 8,0 А, 50 # 2 при 120 В
  • Нормальный непрерывный ток на устройство = 300 Вт / 120 В = 2,50 А
  • Из-за пускового тока = 2,50 A x 3 = 7,50 A
  • Продолжительность броска тока = один цикл = 1 x 1/50 с = 0,02 с
  • Энергия термистора = 120 В x 7.50A 0,02 сек = 18,0 Дж
  • Примечание: указанная выше потребность в энергии необходима для работы без самоуничтожения.
  • Итак, для трех устройств, которые запускаются одновременно, нам нужно 3,0 x 18,0 Дж = 54 Дж
  • Минимальное сопротивление: 120 В x 1,414 / 8,0 А = 21,21 Ом
    (Это гарантирует, что ток не превышает 8,0 А.)
  • Итак, если мы предположим, что температура окружающей среды составляет 50 ° C, минимальное сопротивление = 40 Ом, поэтому мы можем повторно подключить


Ametherm предлагает два метода решения проблемы пускового тока:

Метод (а)


фигура 2

В приведенной выше схеме (Рисунок 2)

  • NTC = SL 22S0004 (50 Ом, 4. 0 ампер, 75 джоулей), UL (E204153), CSA (CA40663) используется для обхода скачка напряжения через одну секунду.
  • Обратите внимание, что ограничитель пускового тока NTC не влияет на эффективность инвертора, поскольку реле также защищено от пускового тока термистором. Термистор будет проводить через реле с потерей тока 99,2%.
Метод (b)

Как показано на Рисунке 3, выберите Ametherm P / N: MS3220008 x 2, чтобы обеспечить 40 Ом, 10 Ампер, 500 Дж.


Рисунок 3
  • КПД C 8,0 A = I2R = 14,1 Вт потери из-за термистора
  • RC 8,0 А = 0,22
  • КПД = 985,90 / 1000 Вт = 98,6%

Вывод: метод (б) более рентабелен

Инверторные схемы с термисторами

Простые термисторы

NTC показаны ниже в следующих трех схемах: Рисунок 4, 5 и Рисунок 6.
Эти термисторы минимизируют влияние пускового тока на компоненты, такие как мостовые или промежуточные конденсаторы.

Схема

— классические схемы инвертора с ограничителями пускового тока NTC


Рисунок 4
Схема

— частотное зарядное устройство с ограничителями пускового тока


Рисунок 5.
Схема

— частотно-регулируемый привод

Рисунок 6

Список литературы

  • Продукты Elliot Sound
  • Sinetech Advanced Power Products
  • Публикация Rockwell Automation PFLEX_A700lk_EN_P, сентябрь 2011 г.
  • Патент США 2003/0150369A1

Преобразователи мощности

для постоянного тока

Работа оборудования с правильным выходным напряжением имеет решающее значение, независимо от того, какой источник питания вы используете.Слишком мало вольт не даст вам необходимой мощности, а слишком много вольт может необратимо повредить устройства. Наши преобразователи питания постоянного тока предназначены для безопасного переключения напряжения на то, которое вам нужно для различных приложений. Как 24-вольтовые, так и 12-вольтовые системы питания все еще широко используются, и большая часть оборудования специально разработана для работы с тем или другим. Вместо того, чтобы покупать два комплекта оборудования, вы можете потратить часть этих денег на преобразователи мощности, которые подключаются к существующей системе и обеспечивают необходимую безопасную выходную мощность.

Говоря об инверторе и преобразователе, важно понимать разницу. Инверторы предназначены для преобразования постоянного тока (DC) в переменный (AC), что позволяет запускать устройства переменного тока, когда доступен только выход постоянного тока батареи или генератора. С другой стороны, преобразователь оставляет тип тока как есть и вместо этого меняет величину напряжения, передаваемого на устройства. Например, понижающий преобразователь с 24 В на 12 В понижает напряжение системы постоянного тока с напряжением 24 В до выходного напряжения постоянного тока 12 В. Затем вы можете запускать торговое оборудование, медицинские устройства, электронику, системы безопасности и другие устройства, рассчитанные на питание 12 В постоянного тока.

В магазине инверторов есть множество понижающих преобразователей мощности для использования как с обычными энергосистемами, так и с нашими инверторами и батареями. Эти преобразователи VDC имеют более полдюжины токовых выходов, от простых 5-амперных преобразователей для зарядных устройств телефонов или mp3-плееров до 60-амперных преобразователей мощности, которые могут поддерживать несколько крупных устройств. Каждый из них имеет сертификат CE и имеет годовую гарантию и год бесплатной технической поддержки. Они также имеют расширенные функции, такие как защита от перегрузки, защита от короткого замыкания и отключение при низком / высоком заряде батареи в прочном алюминиевом корпусе.Закажите свой новый инвертор мощности сегодня или свяжитесь с нашими специалистами, чтобы узнать, какой из них обеспечит вам безопасное питание.

Для чего используется инвертор? | Руководства по дому

Автор Giselle Diamond Обновлено 21 июля 2017 г.

Введение

Сегодня практически все бытовые приборы и другие основные электрические приборы и оборудование могут работать с инвертором. В случае отключения электроэнергии инвертор чрезвычайно полезен в качестве резервного источника питания, и при оптимальной зарядке вы все равно сможете использовать свой компьютер, телевизор, освещение, электроинструменты, кухонные приборы и другие электрические удобства.Конечно, это также будет зависеть от типа используемого инвертора, в частности, от того, который разработан или рекомендован для питания комбинации высокоэнергетических приборов, приспособлений и оборудования.

Описание

Инвертор — это, по сути, компактное устройство прямоугольной формы, которое обычно питается либо от комбинации батарей, соединенных параллельно, либо от одной батареи 12 В или 24 В. В свою очередь, эти батареи можно заряжать газовыми генераторами, автомобильными двигателями, солнечными батареями или любыми другими традиционными источниками питания.

Функция

Основной функцией инвертора является преобразование мощности постоянного тока (DC) в стандартный переменный ток (AC). Это связано с тем, что, в то время как переменный ток — это энергия, подаваемая в промышленность и дома от основной энергосистемы или коммунального предприятия, батареи систем переменного тока хранят только энергию постоянного тока. Более того, практически все бытовые приборы и другие электрические приборы и оборудование работают исключительно от сети переменного тока.

Типы

В основном существуют два типа силовых инверторов — инверторы с «истинной синусоидой» (также называемые «чистой синусоидой») и инверторы с «модифицированной синусоидой» (также называемые «модифицированной прямоугольной волны»). .

Истинные синусоидальные инверторы

были разработаны для воспроизведения, если не улучшения, качества электроэнергии, обеспечиваемой основными электрическими сетями или энергосистемами. Они особенно рекомендуются для питания энергоемких электронных устройств и оборудования. Инверторы с истинной синусоидой дороже, чем инверторы с модифицированной синусоидой, и являются более мощным и эффективным вариантом из двух.

С другой стороны, инверторы с модифицированной синусоидой намного дешевле и способны работать с меньшим или выбранным количеством бытовых приборов и приспособлений, например, кухонной техникой, осветительными приборами и небольшими электроинструментами.Однако этот тип инвертора может не обладать мощностью для питания оборудования и приборов с высоким энергопотреблением, например компьютеров, микроволновых печей, кондиционеров, обогревателей и лазерных принтеров.

Размер

Размер инверторов варьируется от 100 Вт до более 5000 Вт. Этот рейтинг является показателем мощности, которую инвертор может одновременно и непрерывно обеспечивать питанием высокомощного оборудования или прибора или комбинации нескольких таких устройств.

Номинальные характеристики

Инверторы имеют три основных номинала, и вы можете считать, что номинал инвертора лучше всего соответствует вашим конкретным требованиям, выбирая один из них.

РЕЙТИНГ НАПРЯЖЕНИЯ — Некоторым приборам, например холодильникам и телевизорам, для начала работы требуется высокий скачок напряжения. Однако для продолжения работы им потребуется значительно меньше энергии. Следовательно, инвертор должен иметь возможность сохранять свой рейтинг скачков напряжения не менее 5 секунд.

НЕПРЕРЫВНЫЙ РЕЙТИНГ — описывает непрерывное количество энергии, которое вы можете использовать, не вызывая перегрева инвертора и возможного отключения.

30-МИНУТНЫЙ РЕЙТИНГ — это полезно, когда постоянный рейтинг может быть намного ниже уровня, необходимого для питания высокоэнергетического оборудования или прибора. 30-минутный рейтинг может быть достаточным, если прибор или оборудование используются только от случая к случаю.

Топология инвертора источника тока и источника напряжения

% PDF-1.3 % 227 0 объект >>> эндобдж 281 0 объект > поток Ложь 11.08.582018-07-21T15: 56: 59.587-04: 00 Библиотека Adobe PDF 11.0Eaton140ba02e54fce91e78e872b22d6fcefdb043657c932913Adobe InDesign CC (Macintosh) 2018-07-17T17: 37: 59.000-04: 002018-07-17T17: 37: 59.000-04: 002014-06-10T11: 14: 28.000-04: 0018-07: 14: 28.000-04: 002018-07: 14: 28.000-04: 002018-07 57: 54.222-04: 00

  • Итон
  • ampgard, sc9000, 7,2 кВ, 4160 В, приводы мв, среднее напряжение, топология, инвертор источника тока, инвертор источника напряжения
  • Топология инвертора источника тока и инвертора источника напряжения
  • xmp.id:1155b967-ce26-4474-99ad-713bcf86c6daadobe:docid:indd:bd8cd452-d1c1-11dd-9c96-9af8a6233d4aproof:pdfuuid:6d0bfd45-071e-7d4d-9d68-924d88c.iid: af055c2e-2ef5-4a3b-8cce-41968427d156adobe: docid: indd: bd8cd452-d1c1-11dd-9c96-9af8a6233d4adefaultxmp.did: 3cf23ac7-0f61-45ba-a59bf-57dddd: 3cf23ac7-0f61-45ba-a59bf-57docd: 14: 28.000-04: 00от приложения / x-indesign к приложению / pdf / Adobe PDF Library 11.0false
  • eaton: resources / marketing-resources / официальные документы
  • eaton: вкладки поиска / тип содержимого / ресурсы
  • eaton: страна / северная америка / сша
  • eaton: language / en-us
  • eaton: таксономия продукции / среднего-напряжения-распределения-системы-управления / среднего-напряжения-управления-двигателем / sc9000-ep-дугостойкий-средневольтный-частотно-регулируемый-привод
  • eaton: таксономия продукции / системы управления-распределения электроэнергии среднего напряжения / управление двигателем среднего напряжения / sc9000-ep-привод переменной частоты среднего напряжения
  • конечный поток эндобдж 278 0 объект > эндобдж 223 0 объект > эндобдж 228 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0,0 612,0 792,0] / Тип / Страница >> эндобдж 1 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0.0 612.0 792.0] / Type / Page >> эндобдж 13 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0.0 612.0 792.0] / Type / Page >> эндобдж 18 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0.0 612.0 792.0] / Type / Page >> эндобдж 23 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0,0 612,0 792,0] / Тип / Страница >> эндобдж 29 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0.0 612.0 792.0] / Type / Page >> эндобдж 34 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0.0 612.0 792.0] / Type / Page >> эндобдж 41 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.

    Сравнительное исследование измерения перегрузки по току для тяговых инверторов

    Перегрузка по току для тягового инвертора может указывать на недостатки в алгоритмах управления, помехи логическим сигналам, старение оборудования или неправильное функционирование оборудования.Таким образом, правильное обнаружение условий перегрузки по току во время работы инвертора является критически важным элементом при разработке инвертора и валидации продукта. В этой статье рассматривается несколько широко используемых методов обнаружения сверхтока и несколько теоретически одобренных методов обнаружения сверхтока. Основное внимание в этом обзоре уделяется полосе пропускания, точности измерения и сложности реализации изученных методов обнаружения сверхтока. В данном обзоре сделан вывод о преимуществах этих широко используемых методов и требованиях к применению для методов, одобренных теоретически и на прототипах.

    1. Введение

    В промышленных приложениях и автомобилях тяговые инверторы обычно используются для преобразования входного постоянного тока в выход переменного тока. Условия эксплуатации тягового инвертора могут влиять на выходные характеристики преобразования мощности, характеристики входа постоянного тока и самонадежность инвертора. Ток и температура — два важнейших показателя надежности работы инвертора. Компоненты инвертора, такие как силовые полупроводники и конденсаторы промежуточного контура, предназначены для работы в безопасном диапазоне тока и температуры.Работа инвертора вне допустимого диапазона может привести к снижению эффективности инвертора, быстрому старению компонентов инвертора и необратимому повреждению критически важных компонентов инвертора [1]. Как правило, температура и ток критических компонентов взаимозависимы. Таким образом, обнаружение перегрузки по току инвертора иногда может побудить к рассмотрению рабочей температуры инвертора [2].

    В современных обзорах датчиков тока тяговых инверторов существующие методы классифицированы на основе определения местоположения, сигналов мониторинга и сложности аппаратной / программной реализации [3, 4].Отдельные обсуждения неисправностей обрыва цепи и короткого замыкания тягового инвертора разъясняют применение измерения тока тягового инвертора при двух основных неисправностях работы инвертора [4]. Короткое замыкание может привести к внезапному увеличению тока в тяговом инверторе, и исследование [4] попадает в категорию этого обзора. Измерение температуры критических компонентов инвертора, например, импульсного силового полупроводника, иногда может включать в себя измерение тока. Справочные таблицы температура-ток в [5] показывают, что в некоторых приложениях точное измерение тока, особенно в условиях сильного тока, является фактором точного измерения температуры.

    В безотказной работе для обнаружения перегрузки по току обычно требуется высокая точность измерения, поскольку небольшой процент изменения тока при высоком токе или предельной перегрузке по току может вызвать большое изменение потерь инвертора [6, 7]. Допустимое время короткого замыкания импульсных силовых полупроводников обычно составляет несколько микросекунд в условиях короткого замыкания. В результате ширина полосы чувствительности или время отклика для обнаружения перегрузки по току инвертора имеют решающее значение. Другой важный показатель для оценки методов обнаружения перегрузки по току инвертора — сложность реализации.В таких приложениях, как электромобили, широко распространена компактная и недорогая конструкция тягового инвертора. Таким образом, метод обнаружения с простой реализацией может быть более конкурентоспособным по сравнению с этими сложными методами.

    В этом обзоре обсуждается несколько широко используемых методов обнаружения сверхтока для тяговых инверторов. На основе обсуждения полосы пропускания, точности измерения и сложности реализации представлены преимущества этих широко используемых методов обнаружения сверхтока. В этом обзоре приведены потенциальные требования к коммерциализации этих теоретических и апробированных на прототипах методов.

    2. Места перегрузки по току в тяговом инверторе

    Избыточный трехфазный выходной ток тягового инвертора возникает в трехфазных соединениях между тяговым инвертором и трехфазной нагрузкой. Обычно трехфазный выходной ток инвертора определяется в месте, отмеченном красным на рисунке 1. Датчики тока обычно устанавливаются в этом месте для измерения фазного тока. При безотказной работе инвертора это также может быть местом для обнаружения сверхтока на выходе инвертора.Обратите внимание, что трехфазный выходной ток инвертора также может быть измерен в других местах, как описано ниже.


    Красные точки на Рисунке 2 показывают места для обнаружения короткого замыкания на стороне высокого и низкого уровня инвертора. Короткое замыкание на стороне высокого и низкого уровня инвертора является неисправным рабочим состоянием и может вызвать очень высокий ток за короткий период времени. Чтобы защитить переключающий силовой полупроводник от перегрузки по току, время реакции этого перегрузки по току должно быть меньше максимально допустимого времени короткого замыкания переключающих силовых полупроводников.


    В условиях безотказной работы места на Рисунке 2 также могут использоваться для обнаружения сверхтока на трехфазном выходе.

    Красные точки на Рисунке 3 показывают места для обнаружения короткого замыкания в цепи постоянного тока инвертора. Подобно короткому замыканию на стороне высокого и низкого уровня инвертора, короткое замыкание в промежуточном контуре является еще одной ошибочной операцией и может вызвать очень высокий ток за короткий период времени. Таким образом, для обнаружения перегрузки по току в этом месте требуется быстрое время отклика.Обратите внимание, что обнаружение короткого замыкания в звене постоянного тока не обязательно настраивается внутри инвертора. Альтернативой является настройка обнаружения короткого замыкания звена постоянного тока в источнике питания постоянного тока (аккумуляторная батарея, источник питания постоянного тока и т. Д.).


    Заземление или корпус тягового инвертора обычно конфигурируется таким образом, чтобы оно имело такое же напряжение, как средняя или нижняя точка напряжения промежуточного контура. Короткое замыкание горячей линии инвертора на землю, как показано на рисунке 4, также может вызвать очень высокий ток за короткий период времени.Обнаружение этого состояния перегрузки по току обычно представляет собой комбинированное обнаружение перегрузки по току в местах, показанных на рисунках 1–3.


    3. Методы обнаружения сверхтока
    3.1. Обнаружение сверхтока на основе магнитного поля

    При измерении тока на основе магнитного поля используется циркулирующее магнитное поле, создаваемое фазным током в шине. Как показано на рисунке 5, ферритовый сердечник С-образной формы (окрашен в голубой цвет) используется для ограничения генерируемого магнитного поля, а детектор поля на эффекте Холла (окрашен в красный цвет) используется для измерения плотности поля.При правильной конструкции ферритового сердечника плотность поля в воздушном зазоре С-образного ферритового сердечника может соответствовать току в шине [8]. Обратите внимание, что в некоторых приложениях С-образный ферритовый сердечник можно заменить U-образным экраном [9]. При надлежащих решениях для развязки по полю можно достичь погрешности менее 1% без использования каких-либо ограничений магнитного поля (U-образный сердечник или C-экран) [10].


    Методы измерения тока на основе магнитного поля обычно используются для измерения фазного тока тягового инвертора, как показано на рисунке 6.Обычно диапазон срабатывания датчика фазного тока устанавливается в 1,3–1,5 раза больше тока полной нагрузки, поэтому резервирование можно использовать для обнаружения перегрузки по току. Как обсуждалось выше, пока ограничения магнитного поля не являются насыщенными, обнаружение сверхтока может быть таким же точным, как измерение фазового тока в диапазоне.


    Время отклика выхода детектора поля на эффекте Холла при перегрузке по току может составлять несколько микросекунд [11]. Однако из-за шума переключения на выходной фазе инвертора фильтры RC-типа обычно используются на выходах датчика фазного тока инвертора [12].Таким образом, время отклика может быть дополнительно сокращено.

    Датчики тока на основе магнитного поля не имеют гальванического соединения с шиной фазного тока. В результате изоляция сигналов не требуется, и детектор поля на эффекте Холла может использовать тот же источник питания, что и микроконтроллер инвертора. Если используются какие-либо ограничения магнитного поля (например, C-образный сердечник или U-образный экран), датчик тока может быть громоздким.

    3.2. Обнаружение перегрузки по току на основе шунтирующего резистора

    Измерение тока на основе шунтирующего резистора обнаруживает падение напряжения на резисторе и оценивает ток через резистор на основе.В применении тягового инвертора обычная конструкция шунтирующего резистора представляет собой небольшой кусок сплава с очень низкой зависимостью сопротивления от температуры, а точность измерения может достигать погрешности менее 1% [13]. Поскольку для измерения падения напряжения на шунте требуется гальваническое соединение с шиной, может потребоваться схема развязки между датчиком тока и микроконтроллером, как показано на рисунке 7. Подобно измерению тока на основе магнитного поля, если шунт используется для измерения фазного тока тягового инвертора, как показано на рисунке 8, диапазон измерения может быть установлен до 1.В 3–1,5 раза превышающий ток полной нагрузки, поэтому резервирование можно использовать для обнаружения перегрузки по току.



    Если используется схема развязки, время отклика при обнаружении перегрузки по току на основе шунтирующего резистора в основном зависит от времени отклика схемы развязки. Некоторые коммерческие решения могут обеспечивать время отклика до нескольких наносекунд [14].

    Если шунтирующие резисторы установлены в месте, показанном на рисунке 2, схема обнаружения перегрузки по току может использовать один и тот же источник питания с приводом затвора.Преимущество того, что схема обнаружения перегрузки по току и привод затвора используют один и тот же источник питания, заключается в том, что обратная связь по перегрузке по току может напрямую регулировать привод затвора без изоляции сигнала. Regan и др. [15] предложил различные решения для обнаружения перегрузки по току на основе шунтирующих резисторов. Типичное решение показано на рисунке 9. Из-за использования фильтрующего конденсатора C filter время отклика может составлять от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд.


    3.3. Обнаружение на Power Semiconductor

    Когда силовой MOSFET или IGBT включен, падение напряжения в открытом состоянии устройства будет увеличиваться с увеличением прямого тока. Таким образом, падение напряжения в открытом состоянии импульсного силового полупроводника можно использовать для обнаружения перегрузки по току. Учитывая, что соотношение между напряжением в открытом состоянии и прямым током силового полупроводника чувствительно к температуре, этот метод может не соответствовать точности регулирования тока. Обычно этот метод используется для обнаружения короткого замыкания на стороне высокого и низкого уровня, как описано выше на Рисунке 2.Когда происходит короткое замыкание на стороне высокого и низкого уровня, очень большой ток в открытом состоянии переводит устройство в состояние насыщения. Обнаружив падение напряжения во включенном состоянии и отключив силовой полупроводниковый переключатель до того, как устройство перейдет в режим насыщения, можно остановить работу, вызванную коротким замыканием на стороне высокого и низкого уровня. Этот тип обнаружения сверхтока также называется защитой от рассыщения.

    В [16] предлагаются два типичных решения по обнаружению перегрузки по току на основе схемы десатурации, как показано на рисунках 10 и 11.В случае, показанном на Рисунке 10, высокий ток перегрузки будет генерировать большое напряжение в открытом состоянии на переключателе питания. Напряжение на C blk будет отслеживать напряжение в открытом состоянии и в конечном итоге сработает защиту от сверхтока. Время реакции обнаружения перегрузки по току в основном зависит от выходной мощности источника постоянного тока I c и C blk . Из-за высокого шума переключения на выключателе питания требуется C blk , что приводит к задержке от десятков наносекунд до нескольких микросекунд.Некоторые импульсные силовые полупроводники имеют внутренний выход измерения тока, как показано на рисунке 12. Вышеупомянутая схема десатурации также может использоваться для обнаружения сверхтока.




    Преимущество использования схемы десатурации состоит в том, что чувствительная схема может использовать один и тот же источник питания с приводом затвора. В [16] предлагается решение управления затвором, которое объединяет схему рассыщения в ИС управления затвором.

    3.4. Обнаружение с помощью схемы управления затвором Power Semiconductor

    Взаимодействие между приводом затвора и импульсным силовым полупроводником во время переходного процесса переключения может быть коррелировано с током устройства и температурой перехода устройства [17].Если влияние температуры перехода невелико или может быть развязано, характеристики переключения привода затвора можно использовать для обнаружения перегрузки по току импульсных силовых полупроводников. Как правило, обнаружение сверхтока с использованием характеристик переключения управления затвором используется в местах, показанных на рисунке 2. Ниу и Лоренц [18] предложили метод использования выходного тока управления затвором для обнаружения сверхтока, как показано на рисунке 13. В [19] –22] предлагается несколько методов обнаружения сверхтока, основанных на выходном напряжении привода затвора.Способы, использующие характеристики переключения управления затвором, обычно требуют обработки сигнала для корреляции измерения с током силового устройства.


    Из-за температурной зависимости и вариации силовых полупроводников от детали к детали большая часть обнаружения сверхтока на основе управления затвором не может обеспечить очень высокую точность. Для методов, основанных на переходном процессе переключения привода затвора, каждое измерение тока выполняется сразу после переходного процесса переключения. Если короткое замыкание происходит в середине цикла проводимости, перегрузка по току может быть обнаружена только после следующего переходного процесса переключения.

    4. Аппаратные и программные реализации

    Приложения вышеупомянутых методов в различных местах обнаружения сверхтока сведены в Таблицу 1. Методы измерения тока на основе магнитного поля и методы измерения тока на основе шунтирующих резисторов могут быть применяется ко всем трем точкам обнаружения перегрузки по току. Для методов обнаружения перегрузки по току, основанных на «обнаружении силового полупроводника» и «обнаружении с приводом затвора», наиболее подходящими приложениями будет обнаружение короткого замыкания на стороне высокого и низкого уровня инвертора.

    Магнитное поле на основе

    Трехфазный максимальный ток инвертора Короткое замыкание на стороне высокого и низкого уровня инвертора Короткое замыкание промежуточного звена инвертора

    8
    Подходит Может быть громоздким Подходит
    На базе шунтирующего резистора Подходит Подходит Подходит
    Обнаружение на силовом полупроводнике 200 Подходит 200 Обнаружение с приводом затвора Подходит

    Решения по источникам питания для вышеупомянутых методов обнаружения сверхтока приведены в таблице 2.Схема обнаружения сверхтока на основе магнитного поля гальванически изолирована от проводника. Таким образом, он может совместно использовать источник питания с контроллером инвертора и напрямую связываться с ним. Схема обнаружения перегрузки по току на основе шунтирующего резистора будет напрямую подключаться к сильнотоковому проводу, поэтому рекомендуется иметь независимый изолированный источник питания. Для методов обнаружения сверхтока, основанных на «обнаружении на силовом полупроводнике» и «обнаружении с приводом затвора», поскольку компоненты обнаружения (силовой полупроводник или привод затвора) напрямую управляются источником питания привода затвора, подходит для иметь схему обнаружения для совместного использования того же источника питания с приводом затвора.


    Источник питания контроллера инвертора Источник питания привода затвора Независимый изолированный источник питания

    На основе магнитного поля Подходит Возможное
    На основе шунтирующего резистора Возможное Подходит
    Обнаружение на силовых полупроводниках Подходит
    Подходит Обнаружение с приводом затвора Подходит Обнаружение с приводом затвора

    Для «методов на основе магнитного поля», «методов на основе шунтирующих резисторов» и «методов, основанных на обнаружении на силовых полупроводниках», измерение можно напрямую сравнить с порогом проверьте состояние перегрузки по току.Методы, основанные на «обнаружении с приводом затвора», могут потребовать сложной обработки сигналов, такой как обнаружение пиков, интегрирование, подсчет времени с высоким разрешением и так далее. В результате реализация аппаратного / программного обеспечения может быть дорогостоящей. Вышеупомянутые требования к обработке сигналов приведены в таблице 3.

    9018

    Прямое обнаружение Простая обработка схем Комплексная обработка сигналов

    Да
    На основе шунтирующего резистора Да
    Обнаружение на силовых полупроводниках Да
    с приводом затвора Обнаружение с приводом затвора выполнимо Да

    В этой статье рассматривается время отклика при обнаружении перегрузки по току.Время отклика для вышеупомянутых методов определения перегрузки по току может быть индивидуальным из-за выбора схемы фильтрации и частоты дискретизации. Вместо непосредственного сравнения времени отклика, сравнение основных факторов, влияющих на время отклика, приведено в таблице 4. Как правило, «методы на основе магнитного поля» и «методы, основанные на обнаружении на силовых полупроводниках» имеют доминирующее значение для считывания. Вклад времени отклика из-за задержки, вызванной RC-фильтром, из-за шума, вызванного переходным процессом переключения.В «методах на основе шунтирующих резисторов» больше преобладает задержка изоляции. Для методов, основанных на «обнаружении с приводом затвора», обнаружение сверхтока происходит только в переходный процесс переключения. Таким образом, максимально возможное время реакции считывания — это период времени между двумя переходными действиями переключения.


    Задержка, индуцированная RC-фильтром Задержка изоляции Задержка из-за частоты дискретизации

    Магнитное поле
    На основе шунтирующего резистора Да
    Обнаружение на силовых полупроводниках Да
    Обнаружение с приводом затвора 9018
    5.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *