DC aparat za zavarivanje. DC inverter za zavarivanje

Autonomni pretvarač napona je dizajniran za pretvaranje jednosmjernog u naizmjenični napon. Postoje i strujni pretvarači, oni pretvaraju jednosmjernu struju u naizmjeničnu. Međutim, najčešće se koriste pretvarači napona. Koriste se za pretvaranje jednosmjernog napona, kao što su ispravljači, baterije ili solarni paneli, u naizmjenični napon, najčešće frekvencije 50 Hz ili bilo koje druge frekvencije uz mogućnost njegove regulacije.

Monofazni autonomni inverter napona. Princip rada

Izmjenični napon na opterećenju nastaje kratkotrajnim naizmjeničnim povezivanjem izvora istosmjernog napona na suprotne terminale opterećenja, odnosno, u jednom trenutku, izvor napajanja sa vlastitim stezaljkama 1-2 spojen na terminale za opterećenje 3-4 , a sljedeći - do terminala 4-3 . (pirinač. jedan ) Kao rezultat toga, struja kroz opterećenje prvo teče u jednom smjeru, a zatim u drugom. Sa povećanjem frekvencije takvog prebacivanja, frekvencija se povećava. naizmjenična struja na opterećenje.

Rice. 1 - Autonomni pretvarač napona. Princip rada

Još lakše razumjeti proces formiranja AC napon od konstantnog je moguće ako zamislite da se u jednoj ruci nalazi otpornik, a u drugoj baterija. U ovom slučaju, otpornik je uvijek u jednom fiksnom položaju, a baterija je povezana ili polom ili minusom na isti terminal otpornika. Dakle, struja kroz otpornik će teći ili u jednom ili u suprotnom smjeru. U stvari, ulogu prekidača obavljaju poluvodički prekidači.

Prikazan je shematski dijagram autonomnog pretvarača napona pirinač. 2.

Rice. 2 - Autonomni pretvarač napona. dijagram strujnog kola

Razmotrimo rad pretvarača na primjeru aktivno-induktivnog opterećenja, kao najčešći

U nekom trenutku t 1 (pirinač. 3 ) jedan par dijagonalno suprotnih tranzistora VT 1 , VT 4 otvoren i drugi VT 2 , VT 3 je zatvoren. Struja koja teče kroz pretvarač napona i opterećenje raste eksponencijalno s vremenskom konstantom τ= L H / R H stazom "+" U IP – VT 1 – L H R H – VT 4 – «-» U IP . Sledeći trenutak t 2 (pirinač. četiri ) tranzistori VT 1 , VT 4 zatvoreno i VT 2 , VT 3 su otvorena.

Rice. 3 - Put toka struje kroz elemente pretvarača u vremenskom intervalu t1-t2

Rice. 4 - Putanja struje kroz elemente pretvarača u vremenskom intervalu t 2- t 3

Međutim, zbog prisustva induktivnosti L H struja ne može trenutno promijeniti svoj smjer. Stoga, u ovom trenutku t 2 tranzistori za zatvaranje VT 1 , VT 4 i otkrića VT 2 , VT 3 struja nastavlja teći kroz inverter u istom smjeru sve dok energija pohranjena u induktoru magnetsko polje W L n = L H I 2 /2 ne pada na nulu (vremenski interval t 2 — t 3 ) (cm. pirinač. četiri ). Zbog tranzistori VT 1 , VT 4 već zatvoren, tada će struja teći kroz sljedeći krug: L H R H – VD 2 – U IP – VD 3 . Tokom ovog vremenskog intervala, energija iz opterećenja se daje izvoru energije U IP .

Ako se kao izvor napajanja koristi ispravljač, onda mora biti shunt kondenzator C. To će omogućiti struji da teče u suprotnom smjeru.

U momentu t 3 (pirinač. 5 ), struja će pasti na nulu, nakon čega će se njen smjer promijeniti. U vremenskom rasponu t 3 < t < t 4 struja će se povećati, tečeći duž putanje: "+" U IP – VT 2 – L H R H – VT 3 – «-» U IP . U novčićima vremena t 4 tranzistori VT 2 , VT 3 će se ponovo zatvoriti, VT 1 , VT 4 će se otvoriti. Aktuelno tokom vremena t 4 < t < t 5 nastavit će teći u istom smjeru dok ne padne na nulu. Trenutni put: L H R H – VD 1 – U IP – VD 4 .

Rice. 5 - Put prolaska struje kroz elemente pretvarača u vremenskom intervalu t 3- t 4

U sledećem trenutku t 5 (pirinač. 6 ) struja će postati jednaka nuli, a zatim će, mijenjajući svoj smjer, početi rasti u vremenskom intervalu t 5 < t < t 6 . U momentu t 6 tranzistori će se ponovo prebaciti i procesi će se ponoviti.

Rice. 6 - Put prolaska struje kroz elemente pretvarača u vremenskom intervalu t 5- t 6

Struja teče kroz "+" kolo U IP – VT 2 –R H L H – VT 3 – «-» U IP . Dakle, tranzistori VT 1 …VT 4 naizmjenično priključite napajanje U IP za opterećenje terminala: prvo pozitivno U IP spojen na 3 -ti terminal, i minus na 4 -ti terminal, zatim obrnuto.

Algoritam upravljanja tranzistorom koji je gore razmatran omogućava vam da zadržite izlazni napon pretvarača i, shodno tome, struju opterećenja konstantnim, ali u većini slučajeva potrebno je promijeniti napon kako bi se dobila potrebna struja opterećenja.

Načini regulacije napona autonomnog pretvarača

Postoje dva načina za regulaciju izlaznog napona pretvarača:

1) prvi način je promena veličine napona izvora napajanja U IP;

2) druga metoda se realizuje pomoću tzv. internih sredstava pretvarača, odnosno promenom oblika izlaznog napona.

Prva metoda je prilično jednostavna i zahtijeva samo regulirano napajanje. Suština druge metode je sljedeća. Da biste promijenili napon na izlazu pretvarača, potrebno je pomaknuti kontrolne impulse primijenjene na baze tranzistora VT 2 i VT 4 , u odnosu na uključene kontrolne impulse VT 1 i VT 3 na kontrolnom uglu α (pirinač. 7 ).

Rice. 7 - Algoritmi za upravljanje tranzistorima jednofaznog pretvarača napona

Prilikom podešavanja izlaznog napona uzmite u obzir rad invertera

Na vremenskom intervalu t 1 < t < t 2 (pirinač. osam ).otvoreni tranzistori VT 1 i VT 4 napon na opterećenju je jednak naponu napajanja u n = U IP . Sledeći trenutak t2 zatvara VT 1 i otvara se VT 3. Na neko vrijeme t 2 < t < t 3 (pirinač. 9 ) struja teče kroz kolo R H L H – VT 4- VD 3 a opterećenje je kratko spojeno, zbog čega je napon na njemu nula u n =0 . U momentu t3 Trigger signal se primjenjuje na bazu tranzistora VT 2 i uklonjen sa baze VT 4 .

Kao rezultat toga, napon napajanja se primjenjuje na opterećenje u n = — U IP . Prisutnost induktivnosti u krugu dovodi do činjenice da u vremenskom intervalu t 3 < t < t 4 (pirinač. deset ) struja kroz pretvarač nastavlja teći u istom smjeru: L H R H – VD 2 – U IP – VD 3 , a nakon što padne na nulu, promijenit će svoj smjer i teći duž lanca: U IP – VT 2 – R H L H – VT 3 (pirinač. jedanaest ).

Rice. 8 - Putanja struje u vremenskom intervalu t 1- t 2

Rice. 9 - Put prolaska struje u vremenskom intervalu t 2- t 3

Rice. 10 - Putanja struje u vremenskom intervalu t 3- t 4

Rice. 11 - Putanja struje u vremenskom intervalu t > t 4

Kao rezultat primjene ovakvog algoritma upravljanja tranzistorom, na krivulji napona dolazi do pauze, što podrazumijeva smanjenje efektivne vrijednosti napona. Stoga je za regulaciju napona na izlazu pretvarača potrebno promijeniti kut upravljanja α.

Ovaj članak govori o principu rada jednofaznog dvostepenog pretvarača napona, međutim, postoje i višefazni i višerazinski pretvarači, ali osnova njihovog rada je princip rada razmatranog pretvarača.

Za pretvaranje jednosmjerne struje u naizmjeničnu struju koriste se posebni elektronski uređaji za napajanje koji se nazivaju invertori. Najčešće, inverter pretvara DC napon jedne veličine u AC napon druge veličine.

Na ovaj način, inverter je generator periodično promenljivog napona, dok oblik napona može biti sinusoidan, blizak sinusoidnom ili impulsni. Invertori se koriste i kao samostalni uređaji i kao dio sistema neprekidnog napajanja (UPS).

U izvorima neprekidno napajanje(UPS), invertori omogućavaju, na primjer, kontinuirano napajanje računarskih sistema, a ako napon iznenada nestane u mreži, inverter će momentalno početi da napaja računar energijom dobijenom iz rezervne baterije. Korisnik će barem imati vremena da se ispravno isključi i isključi računar.

Veća besprekidna napajanja koriste veće pretvarače s velikim baterijama koji mogu autonomno napajati potrošače satima, bez obzira na mrežu, a kada se mreža vrati u normalu, UPS će automatski prebaciti potrošače direktno na mrežu, a baterije će se početi puniti.

Tehnička strana

AT moderne tehnologije Za pretvaranje električne energije, pretvarač može djelovati samo kao posredna karika, gdje je njegova funkcija pretvaranje napona na visokoj frekvenciji (desetine i stotine kiloherca). Srećom, danas je lako riješiti takav problem, jer za razvoj i dizajn pretvarača koriste se i poluvodički prekidači koji mogu izdržati struje od stotine ampera, i magnetska kola potrebnih parametara, i elektronski mikrokontroleri posebno dizajnirani za pretvarače (uključujući rezonantne) su dostupne.

Zahtjevi za pretvarače, kao i za druge energetske uređaje, uključuju: visoku efikasnost, pouzdanost, što manje ukupne dimenzije i težinu. Također je potrebno da pretvarač izdrži dozvoljeni nivo viših harmonika u ulaznom naponu, te da potrošačima ne stvara nedopustivo jak impulsni šum.

U sistemima sa „zelenim“ izvorima električne energije (solarni paneli, vetrenjače), za snabdevanje električnom energijom direktno u opštu mrežu, koriste se Grid-tie invertori - pretvarači koji mogu da rade sinhrono sa industrijskom mrežom.

U toku rada pretvarača napona, izvor konstantnog napona se periodično uključuje u strujni krug sa izmjenom polariteta, dok se frekvenciju veza i njihovo trajanje formira upravljački signal koji dolazi iz regulatora.

Regulator u pretvaraču obično obavlja nekoliko funkcija: podešavanje izlaznog napona, sinkronizaciju rada poluvodičkih prekidača i zaštitu kruga od preopterećenja. U principu, pretvarači se dijele na: autonomne pretvarače (strujni invertori i pretvarači napona) i zavisne pretvarače (pokrenuti mrežom, grid-tie, itd.)

Inverterski sklop

Poluvodičkim prekidačima pretvarača upravlja kontroler i imaju reverzne šant diode. Napon na izlazu pretvarača, ovisno o trenutnoj snazi ​​opterećenja, regulira se automatskom promjenom širine impulsa u visokofrekventnom pretvaraču, u najjednostavnijem slučaju to je .

Polutalasi izlaznog niskofrekventnog napona moraju biti simetrični tako da strujni krugovi ni u kom slučaju ne primaju značajnu konstantnu komponentu (ovo je posebno opasno za transformatore), zbog čega širina impulsa niskofrekventne jedinice (u najjednostavniji slučaj) postaje konstantan.

U upravljanju izlaznim ključevima pretvarača koristi se algoritam koji osigurava sekvencijalnu promjenu struktura strujnog kruga: izravna, kratko spojena, inverzna.

Na ovaj ili onaj način, vrijednost trenutne snage opterećenja na izlazu pretvarača ima prirodu valovitosti s dvostrukom frekvencijom, tako da primarni izvor mora omogućiti takav način rada kada kroz njega teku pulsirajuće struje i izdržati odgovarajući nivo smetnji (na ulazu pretvarača).

Ako su prvi pretvarači bili isključivo mehanički, danas postoji mnogo opcija za poluvodičke inverterske krugove, a postoje samo tri tipična kola: most bez transformatora, push-pull sa nultim izlazom transformatora, most s transformatorom.

Mostno kolo bez transformatora nalazi se u izvorima neprekidnog napajanja kapaciteta 500 VA ili više i u automobilskim inverterima. Puls-pull kolo sa nultim izlazom transformatora se koristi u UPS-ovima male snage (za računare) do 500 VA, gde je napon rezervne baterije 12 ili 24 volta. Mostno kolo s transformatorom koristi se u snažnim neprekidnim izvorima napajanja (za jedinice i desetine kVA).

U pravokutnim pretvaračima napona, grupa prekidača sa diodama slobodnog hoda se prebacuje tako da se dobije izmjenični napon na opterećenju i osigura kontrolirani režim cirkulacije u kolu.

Za proporcionalnost izlaznog napona odgovorni su: relativno trajanje kontrolnih impulsa ili fazni pomak između kontrolnih signala grupa ključeva. U nekontroliranom načinu cirkulacije reaktivne energije potrošač utječe na oblik i veličinu napona na izlazu pretvarača.

U stepenastim pretvaračima napona, visokofrekventni pre-konverter generiše unipolarni talasni oblik koraka napona, približno približnog oblika sinusoidi čiji je period jednak polovini perioda izlaznog napona. NF mostni krug zatim pretvara unipolarnu krivulju koraka u dvije polovine bipolarne krive grubo oblikovane kao sinusni val.

U pretvaračima napona sa sinusoidnim (ili skoro sinusoidnim) izlazom, preliminarni visokofrekventni pretvarač generiše konstantan napon po veličini blizu amplitude buduće sinusoide na izlazu.

Nakon toga, mostno kolo formira niskofrekventni naizmjenični napon od konstantnog napona, pomoću višestrukog PWM-a, kada se svaki par tranzistora otvara nekoliko puta u svakom poluciklusu formiranja izlazne sinusoide za vrijeme koje varira u zavisnosti od harmonijski zakon. Zatim niskopropusni filter izdvaja sinus iz rezultirajućeg oblika.

Najjednostavnije sheme za preliminarnu visokofrekventnu konverziju u inverterima su samooscilirajuće. Oni su prilično jednostavni u smislu tehničke implementacije i prilično su efikasni pri malim snagama (do 10-20 W) do energetskih opterećenja koja nisu kritična za proces napajanja. Frekvencija autooscilatora nije veća od 10 kHz.

Pozitivna povratna informacija u takvim uređajima se dobija zasićenjem magnetnog kruga transformatora. Ali za moćne pretvarače takve sheme nisu prihvatljive, jer se gubici u ključevima povećavaju, a efikasnost se kao rezultat toga ispostavlja niskom. Štaviše, svaki kratki spoj na izlazu remeti samooscilacije.

Bolja kola preliminarnih visokofrekventnih pretvarača su flyback (do 150 W), push-pull (do 500 W), polumost i bridge (više od 500 W) na PWM kontrolerima, gdje frekvencija konverzije doseže stotine kiloherca .

Vrste pretvarača, načini rada

Monofazni pretvarači napona dijele se u dvije grupe: sa čistim sinusnim izlazom i sa modifikovanim sinusnim talasom. Većina savremenim aparatima dozvoljavaju pojednostavljeni oblik mrežnog signala (modifikovana sinusoida).

Čisti sinusni val je važan za uređaje koji imaju elektromotor ili transformator na ulazu, ili ako se radi o posebnom uređaju koji radi samo sa čistim sinusnim valom na ulazu.

Trofazni pretvarači se obično koriste za stvaranje trofazne struje za električne motore, na primjer, za napajanje. U ovom slučaju, namotaji motora su direktno povezani na izlaz pretvarača. Što se tiče snage, pretvarač se bira na osnovu njegove vršne vrijednosti za potrošača.

Općenito, postoje tri načina rada pretvarača: pokretanje, kontinuirano i preopterećenje. U startnom modu (punjenje kapaciteta, pokretanje hladnjaka), snaga može udvostručiti nazivnu vrijednost pretvarača za djelić sekunde, što je prihvatljivo za većinu modela. Kontinuirani način rada - odgovara nazivnoj vrijednosti pretvarača. Režim preopterećenja - kada je snaga potrošača 1,3 puta veća od nominalne vrijednosti - u ovom načinu rada prosječan inverter može raditi oko pola sata.

Riječ "inverter" u odnosu na elektrotehniku ​​znači uređaj koji pretvara jednosmernu struju u naizmeničnu struju. U ovom slučaju, amplituda napona može se mijenjati naviše ili naniže.

Invertori mogu biti ili zasebni uređaji (zavarivanje ili pretvarač napona automobilske mreže na 220 V AC), ili zasebna jedinica ili dio kola (napajanje za kompjuter, TV). Sada ćemo govoriti o uređajima koji se koriste za napajanje u hitnim situacijama povezanim s gubitkom mrežnog napona.

Kuda nestaje napetost i kada će se vratiti?

Nijedna mreža nije 100% pouzdana. Odjednom se u stanu ili kući gase svjetla. To je zbog oštećenja kablovskih ili nadzemnih vodova, električne opreme trafostanica. Nesreće unutar grada, ako nisu vezane za elementarne nepogode, otklanjaju se relativno brzo. Za to rade dispečerske službe i operativni timovi. A moguće je isključiti oštećeni dio i zamijeniti ga drugom zbog njihove međusobne redundancije.

U ruralnim područjima i vikendicama sve je drugačije. Postoji samo jedna linija snabdevanja, brigada mora da ide daleko. Nakon uragana ili grmljavine, broj oborenih stabala na žičanim vodovima povećava šanse da se dugo ostane u mraku. A ako je energetski transformator oštećen, morat ćete čekati više od jednog dana.

Vrijeme prolazi, hrana u frižideru se kvari. Ne prokuhajte čajnik - električni je. Nema šta da kuvam večeru. Baterija mobilnog telefona je ispražnjena - nemoguće je pozvati Ministarstvo za vanredne situacije. U mraku ne možete naći lijek za baku. Aparati za grijanje se hlade, a sa njima i sama kuća.

Da se to ne dogodi potreban vam je lični izvor napajanja nezavisan od mreže. U tu svrhu koristi se inverter.

Princip rada besprekidnog napajanja

Najjednostavniji inverter računarsko neprekidno napajanje (UPS). Unutar njega je baterija koja skladišti energiju. Radi u režimu konstantnog punjenja. U tu svrhu, UPS uključuje Punjač, koji prati nivo napona na bateriji. Ovisno o tome, regulira struju punjenja ili isključuje bateriju.

Čim napon napajanja nestane, upravljački uređaj isključuje opterećenje iz mreže. Istovremeno je povezan na bateriju preko invertera, koji je dio UPS-a.

Baterije od 220V postoje, ali one zauzimaju prostoriju veličine sobe. Stoga su u svim UPS-ovima baterije napravljene za niski napon. Inverter, pretvarajući ga u sinusoidalni, istovremeno povećava ovu vrijednost na nazivni napon mreže.

Takvo napajanje je dobro jer uvijek spreman za rad i momentalno prebacivanje. Ali evo njegovih glavnih nedostataka, koji ne dopuštaju korištenje UPS-a za neprekidno napajanje kuće ili njenog dijela:

Inverter za neprekidno napajanje u kući

Inverter je logičan razvoj računarskog neprekidnog napajanja, lišen njegovih inherentnih nedostataka.

Povećanje kapaciteta baterije direktno je povezano sa njenim ukupne dimenzije. Postavljanje u kućište pretvarača postaje nepraktično. Stoga se izdvaja kao samostalan uređaj koji rješava tri glavna zadatka:

• kontrola punjenja baterije i mrežnog napona;
• prebacivanje izvora napajanja;
• pretvaranje napona baterije u 220 V AC.

Glavna karakteristika invertera je njegova moć. Ali pri odabiru se uzima u obzir jedna nijansa. Već smo rekli da UPS ne može raditi s preopterećenjem. Isto važi i za inverter. Ako se kao dio opterećenja planiraju hladnjak, elektromotori pumpi kotla za grijanje njihove početne struje se uzimaju u obzir. U trenutku pokretanja elektromotori troše struju 3-5 puta veću od nazivne. Ako ukupna struja opterećenja kada je hladnjak uključen premašuje nazivnu struju pretvarača, zaštita će ga isključiti.

Još jedna karakteristika pretvarača, na koju se vrijedi usredotočiti, je kvaliteta konverzije istosmjerne struje u naizmjeničnu struju. Napon u mreži se mijenja u vremenu prema sinusoidnom zakonu. Nijedan poluprovodnički uređaj za domaćinstvo neće generirati sinusoidni napon tako da tačno ponavlja napon mreže. Izlazni napon se ne mijenja glatko, već diskretno, u koracima. Što se ova promjena češće javlja (veća frekvencija uzorkovanja), što preciznije generirani signal ponavlja sinusoidni.

Ali povećanje brzine uzorkovanja dovodi do povećanja cijene uređaja. A stepenasti oblik napona je neprihvatljiv za rad elektromotora i nekih poluvodičkih uređaja. Ovakvi pretvarači, koji proizvode tzv modifikovana sinusoida, koriste se samo za napajanje aktivnog opterećenja: grijaći elementi, žarulje sa žarnom niti. Za uređaje koji su kritični za oblik napona napajanja, morat ćete kupiti skuplji inverter.

Izbor baterija za inverter

Baterije za inverter se prodaju zasebno. Ali ovdje postoji karakteristika: baterije su kisele ili alkalne. Imaju različite principe punjenja, dakle svaki pretvarač je prikladan samo za rad s određenim tipom baterije. U suprotnom će pogrešno odrediti stepen napunjenosti baterija i napuniti ih.

Upotreba akumulatora za automobile kao dijela invertera nije opravdana. Iako su u stanju kratko vrijeme isporučiti snažan strujni impuls (u automobilu je to neophodno da bi starter radio), ne podnose duboka pražnjenja. A pražnjenja su neizbježna tokom dugotrajnog rada pretvarača. Stoga je resurs takvih baterija u sistemima napajanja ograničen.

Za rad sa inverterima optimalna primena gel ili stakloplastike baterije. Izrađuju se prema specijalna tehnologija i u stanju su više puta prenositi duboka pražnjenja bez gubitka. I opet: inverterski punjač mora podržavati način punjenja takvih baterija.

Prilikom odabira kapaciteta baterije nastavite od željeni vijek trajanja baterije uređaji (T). Lako ga je izračunati, znajući kapacitet (C), snagu planiranog opterećenja (P) i napon baterije (U):

Primjer proračuna vijeka trajanja baterije
Napon baterije, V	Kapacitet baterije, Ah	Radno vrijeme, h
12	55	150	4
12	190	150	15

Brojke u posljednjoj koloni nisu impresivne. A cijena invertera i baterija za njih nije tako mala.

Dakle, ima li inverter smisla?

Prednosti i nedostaci invertera

Alternativa inverterima su dizel ili benzinski generatori. Stoga ćemo identificirati njihove prednosti upoređujući ih s proizvodnjom električne energije pomoću motora s unutarnjim sagorijevanjem. Hajde da navedemo nedostaci generatora, koji se mogu otkloniti uz pomoć invertera:

• potreba za izgradnjom zasebne prostorije sa ventilacijom i grijanjem zimi;
• skladištenje rezervi goriva (i za dizel motor - zamjena ljetnog goriva zimskim kada nastupi hladno vrijeme);
• buka na poslu, koja uzrokuje neugodnosti ne samo vlasnicima, već i susjedima;
• potreba za periodičnim održavanjem (provjera nivoa ulja, zamjena svijeća, filtera);
• ručno pokretanje, potreba za kontrolom parametara tokom rada.

Inverteru nije potrebna posebna prostorija, ne stvara buku tokom rada (rad rashladnih ventilatora se ne računa). Intervencija korisnika u procesu nije potrebna. Kada se baterija isprazni (napon na bateriji padne na minimalnu moguću razinu), uređaj će se sam isključiti i smrznuti, čekajući da se mrežni napon vrati. Zatim će napuniti bateriju i čekati dok ponovo ne može biti korisna.

A automatsko prebacivanje s mrežnog napajanja na baterijsko napajanje je zadivljujuće. Ali kratko vrijeme rada invertera. Čak i ako smanjite opterećenje na najmanju moguću mjeru, prije ili kasnije će se baterija isprazniti. „Smak svijeta“ je odgođen, ali neizbježan.

Stoga, kada se odlučuje šta koristiti za hitno napajanje stana - generator ili inverter, uzima se u obzir kompleks faktora.

Inverter ili generator?

Početi prikupljaju statističke podatke o tome koliko često i koliko dugo napon nestaje u gradu ili selu. Ako se ovi događaji događaju vrlo rijetko, onda nema smisla kupovati generator, graditi zasebnu prostoriju za njega, gdje će stajati besposlen čekajući u krilima.

Onda odrediti ukupnu snagu električnih uređaja, koji se planiraju napajati iz invertera u hitnom radu. Vanjsku i podrumsku rasvjetu nema smisla uvrštavati u ovu listu, a ako u kući postoje tri televizora, jedan je dovoljan. Kako bi uštedjeli, doniraju one električne uređaje bez kojih možete preživjeti dan-dva. Ostatak, u slučaju nestanka struje, morat će se ručno isključiti iz mreže ili u tu svrhu treba osigurati automatizaciju.

Ali s druge strane, oni uzimaju u obzir sistem za opskrbu toplinom (bojler za grijanje), ako postoji. Štoviše, uzimajući u obzir sve startne struje njegovih elektromotora, moguće je da će se morati pokrenuti kada kuću napaja inverter.

I ne zaboravite glavnu stvar - frižider sa njegovom startnom strujom, ako je kompresor. Na listu dodajte i mikrovalnu pećnicu ili električni štednjak, kuhalo za vodu.

Prema ukupnoj snazi ​​opterećenja izaberite model invertera, s obzirom na to kakvog će kvaliteta sinusoidnog napona proizvesti.

Onda baterije su odabrane uzimajući u obzir željeno vrijeme rada pretvarača za prethodno izračunato opterećenje. I ovdje je potreban razuman pristup. Ako finansije nisu dovoljne, onda ćete morati unaprijed razmisliti šta možete donirati. U prvom planu su ona opterećenja koja zahtijevaju stalan rad: hladnjak, bojler, uređaji za grijanje. Računari i TV će se u nekom trenutku morati isključiti da bi baterija invertera duže trajala.

Ostaje da zbrojimo cijene i dobijemo ukupan iznos. I uradi isto proračun za generatorski set. I ovdje možete uštedjeti novac: uz rijetke ispade iz mreže, uopće nije potrebno graditi prostoriju za to. Možete ga spremiti u štalu, a po potrebi iznijeti van i spojiti na mrežu pomoću fleksibilni kabl i odvojivom vezom. Obavezno dodajte na popis rezervne dijelove potrebne za servisiranje instalacije tijekom životnog vijeka alternativnog pretvarača. To je jedini način da se izračuna ekonomski efekat, a ne početni troškovi nabavke opreme. Inverter neće zahtijevati dodatna ulaganja tijekom cijelog vijeka trajanja, ali motor s unutarnjim sagorijevanjem uvijek treba održavanje.

Sada upoređujemo dobijene sume i donosimo odluku. i zapamtite: Za udobnost uvek morate da platite. Na vama je da li ste spremni za to ili ne.

Tiristorski invertori - to su uređaji koji rade na autonomnom opterećenju i dizajnirani su za pretvaranje jednosmjernog napona u izmjenični napon zadane ili podesive frekvencije. invertiranjem nazivaju proces pretvaranja energije jednosmerne struje u energiju naizmenične struje (slika 1).

Sl.1 Dijagram jednosmerne i naizmjenične struje.

primjena:

1. U sistemima napajanja za AC potrošače, kada je jedini izvor napajanja izvor istosmjernog napona (na primjer: baterija ili solarna baterija).

2. U sistemima garantovanog napajanja u slučaju nestanka struje (npr. za lične potrebe elektrana, računara).

3. Za regulaciju frekvencije brzine asinhronih motora.

4. Za napajanje AC potrošača iz vodova jednosmjerne struje.

5. U pretvaračima za pretvaranje konstantnog napona jedne vrijednosti u konstantni napon druge vrijednosti.

Preklopni elementi u inverterima su tiristori ili energetski tranzistori.

Invertori se dijele na:

1. Autonomni pretvarači i frekventni pretvarači.

2. Mrežni pretvarači.

Autonomni pretvarači i frekventni pretvarači.

Autonomni pretvarači - to su uređaji koji pretvaraju jednosmjernu struju u naizmjeničnu s konstantnom ili podesivom frekvencijom i rade na autonomnom opterećenju. Za razliku od mrežnih pretvarača, samostalni pretvarač na strani naizmjenične struje nema drugi izvor napajanja iste frekvencije osim samog pretvarača.

Frekvencijski pretvarači - To su uređaji koji pretvaraju naizmjeničnu struju jedne frekvencije u naizmjeničnu struju druge frekvencije.

To autonomni pretvarači i frekventni pretvarači, radeći u određenoj instalaciji, primjenjuju se sljedeći zahtjevi:

1) obezbeđivanje maksimalne efikasnosti;

2) minimalni instalisani kapacitet pojedinih čvorova i elemenata;

3) mogućnost široke regulacije izlaznog napona;

4) obezbeđivanje stabilnosti izlaznog napona pri promeni veličine i prirode opterećenja, kao i ulaznog napona;

5) obezbeđivanje sinusoidalne ili skoro sinusoidalne krive izlaznog napona;

6) mogućnost regulacije u određenim granicama izlazne frekvencije, što je prvenstveno neophodno u instalacijama ventilskog elektromotornog pogona;

7) odsustvo inverzijskih kvarova tokom preopterećenja;

8) mogućnost rada u mirovanju;

9) obezbeđivanje maksimalne pouzdanosti i stabilnosti. Naravno, zahtjevi za autonomnim inverterskim krugovima ovise o specifičnoj namjeni pretvarača. Zbog toga najbolja opcija inverterski krugovi moraju se odabrati uzimajući u obzir način rada opterećenja koji se iz njega napajaju.

Samostalni pretvarači se mogu klasificirati prema sljedećim glavnim karakteristikama:

1) prema šemi konverzije;

2) prema načinu prebacivanja (zaključavanja);

3) prema načinu upravljanja;

4) po prirodi toka elektromagnetnih procesa.

Postoje sljedeće glavne šeme konverzije:

1) jednoventil (sl. 2.1, a);

2) jednofazni sa nultim izlazom (slika 2.1, b);

3) jednofazni sa nultim izlazom izvora napajanja (slika 2.1, in);

4) monofazni most (sl. 2.1, d);

5) trofazni most (sl. 2.1, e);

6) trofazni sa nultim izlazom (slika 2.1, e).

Sve ostale sheme su derivati ​​navedenih grupa. Mostna kola se najčešće koriste u tehnologiji pretvarača. Prema metodi komutacije, autonomni pretvarači se mogu podijeliti u nekoliko grupa.

Rice. 2.1. Šeme konverzije

Invertori sa individualnom komutacijom. Preklopni uređaj pretvarača služi za zaključavanje jednog tiristora (kraka ventila) pretvarača. Ovaj tip pretvarača uključuje pretvarače zasnovane na potpuno kontroliranim gejtovima - tiristori s dvije operacije i tranzistori snage.

Fazni pretvarači. Preklopni uređaj pretvarača služi za naizmjenično zaključavanje tiristora dva kraka ventila koji pripadaju jednoj fazi pretvarača.

Grupni preklopni pretvarači. U takvim pretvaračima se koristi poseban sklopni uređaj za zaključavanje svih krakova ventila jedne grupe (anoda ili katoda).

Uobičajeni preklopni pretvarači. Preklopni uređaj je zajednički za sve krakove ventila pretvarača. Preklopni uređaj pretvarača sadrži jedan sklopni kondenzator.

Preklopni pretvarači od ventila do kapije. Kod ovakvih pretvarača do zaključavanja svakog radnog tiristora dolazi kada se otključa sljedeći tiristor po redu rada druge faze, ali iste grupe.

Preklopni pretvarači faza-faza. Preklopni uređaj pretvarača služi za naizmjenično zaključavanje dva tiristora različitih faza.

Prema načinu upravljanja, pretvarači se dijele na invertori sa samopobudom i sa eksternom (nezavisnom) pobudom.

U pretvaračima sa samopobudom, upravljački impulsi koji se primjenjuju na tiristore formiraju se iz izlaznog napona pretvarača. Frekvencija izlaznog napona određena je parametrima opterećenja.

U pretvaračima sa nezavisnom pobudom, upravljačke impulse generira vanjski generator, koji postavlja frekvenciju izlaznog napona. Zbog činjenice da frekvencija izlaznog napona ne ovisi o parametrima opterećenja, ovaj tip pretvarača se najviše koristi u tehnologiji pretvarača.

Ovisno o karakteristikama toka elektromagnetnih procesa, autonomni pretvarači se mogu podijeliti u tri glavna tipa: strujni pretvarači(Sl. 2.2, a); pretvarači napona(Sl. 2.2, c); rezonantni invertori(Slika 2.2, e).

Za strujne pretvarače karakteristično je da formiraju struju u opterećenju ( i out) a oblik i faza napona zavise od parametara opterećenja.

DC izvor radi u režimu strujnog generatora, za koji ulazno kolo reaktor se uključuje L d sa visokom induktivnošću. Osim toga, reaktor L d obavlja funkcije filtera viših harmonskih napona, budući da se razlika između konstantnog napona izvora napajanja i pulsirajućeg napona na ulazu pretvarača primjenjuje na njega u bilo kojem trenutku; sprečava pražnjenje kondenzatora do izvora napajanja tokom prebacivanja struje u tiristorima i obezbeđuje aperiodični način rada pretvarača, karakteriziran malim talasima ulazne struje. Treba napomenuti da kada se inverter napaja iz izvora sa karakteristikama bliskim izvoru struje, induktor L d možda nedostaje.

Strujni pretvarač mora osigurati način rada u kojem se održava negativan napon između anode i katode zatvorenog tiristora neko vrijeme, što je neophodno da bi se povratila svojstva blokiranja tiristora. Ovaj put t isključeno se naziva vreme zaključavanja (slika 2.2, b).

Sa aktivno-induktivnom prirodom potrošača, ravnoteža reaktivne snage je osigurana sklopnim i kompenzacijskim kondenzatorima. Kondenzatori u odnosu na opterećenje mogu biti povezani paralelno, serijski, serijsko-paralelno.

Strujni pretvarači se odlikuju razmjenom energije između sklopnih i kompenzacijskih kondenzatora uključenih u AC krugove, reaktanse kruga opterećenja i prigušnice L d u ulaznom kolu.

U stanju mirovanja, strujni pretvarač je neispravan zbog povećanja amplitude obrnutih i naprijed napona na tiristorima. Kada je preopterećen, njegov rad je otežan zbog nedovoljnog vremena da se povrate svojstva zaključavanja tiristora. Strujni pretvarači imaju izlazni napon blizu sinusoidnog, relativno male talase ulazne struje, mogućnost obrnuta smjera toka snage bez promjene smjera struje (prilikom prelaska u režim ispravljača). Eksterna karakteristika strujnog pretvarača je mekana.

Rice. 2.2. Mostno kolo jednofaznog invertera ( a) i pretvarač napona ( in); vremenski dijagrami struje i napona na izlazu strujnog pretvarača ( b), pretvarač napona ( G) i rezonantni inverter ( d) sa aktivno-induktivnim opterećenjem

Invertori napona formiraju napon u opterećenju, a oblik i faza struje ovise o prirodi opterećenja. Napajanje pretvarača napona radi u načinu generatora napona. Ako se pretvarač napaja iz ispravljača, tada se na njegov ulaz postavlja kondenzator dovoljnog kapaciteta kako bi se osigurala vodljivost izvora istosmjernog napona u suprotnom smjeru. Ovo je neophodno kada opterećenje sadrži reaktivne elemente bilo koje vrste. Preko reverznog ispravljača (D1...D4) energija se razmjenjuje između pogona koji su dio opterećenja i izvora napajanja ili kondenzatora Od 0, au višefaznim inverterima - i razmjena energije između faza opterećenja. Kondenzator Od 0 obavlja funkciju filtera viših harmonijskih struja, budući da kroz njega teče razlika između izlazne i konstantne ulazne struje unutar poluperioda. Pretvarač napona može raditi u stanju mirovanja. Operativnost pretvarača napona u režimu bliskom kratkom spoju određena je uklopnim svojstvima potpuno kontroliranih ventila ili usvojenom metodom preklapanja i parametrima sklopnih elemenata konvencionalnih tiristora. Pretvarači napona su operativni, imaju male promjene u obliku krivulje i veličini izlaznog napona kada se izlazna frekvencija mijenja u širokom rasponu. Preklopni procesi u njima malo utiču na oblik krive izlaznog napona, a instalirana snaga sklopnih elemenata je relativno mala. Eksterna karakteristika pretvarača napona je kruta.

Glavna područja primjene pretvarača struje i napona su: frekventni pretvarači stabilizirani u pogledu izlaznih parametara; sekundarno napajanje izmjeničnom strujom; instalacije frekventno upravljanog električnog pogona.

U rezonantnim pretvaračima opterećenje, koje u pravilu ima značajnu induktivnost, tvori oscilatorni krug s rezonancom napona s reaktivnim elementima inverterskog kruga. Isključivanje tiristora invertora nastaje zbog glatkog pada na nulu anodne struje tiristora (struja oscilatornog kruga) u svakom poluperiodu (slika 2.2, e). Prirodna frekvencija kola u rezonantnim pretvaračima mora biti veća ili jednaka radnoj frekvenciji pretvarača. Kondenzatori koji su dio oscilatornog kruga mogu se spojiti serijski s opterećenjem, paralelno s njim ili serijsko-paralelno, a prigušnice - u ulaznom strujnom krugu, u anodnim krugovima ventila ili u seriji s opterećenjem.

Rezonantni pretvarači se odlikuju intenzivnom razmjenom energije između pogona koji su dio kola. Rezonantni pretvarači se mogu napajati iz izvora koji rade u generatorskom režimu e. d.s. ili trenutni. Invertori napajani generatorom e. itd., nazivaju se pretvarači sa otvorenim ulazom, a oni koje napaja strujni generator nazivaju se zatvorenim ulazom.

Rezonantni pretvarači imaju napon i struju u opterećenju blizu sinusoidnog, glatko povećanje (u većini krugova bez povratnih dioda) i smanjenje struje kroz ventile, što osigurava niske gubitke sklopne snage u potonjem. Preporučljivo je koristiti ovaj tip pretvarača na visokim frekvencijama izlaznog napona (jedinice kHz, desetine kHz).

Treba naglasiti da specifične sheme autonomnih pretvarača često istovremeno imaju znakove različitih klasifikacijskih grupa, ovisno o odnosu parametara, režimu rada itd.

Mrežni pretvarači.

Slave Inverters(VI) rad za mrežu u kojoj postoje drugi izvori električne energije. Preklopni ventili u njima se izvode zahvaljujući energiji ove mreže. Frekvencija na izlazu VI je jednaka frekvenciji mreže, a napon je jednak naponu mreže.

Princip rada mrežnog pretvarača, može se vidjeti na primjeru operacije najjednostavnijeg jednofazni inverter prikazano na sl. 3, a. Kolo sadrži izvor konstantne invertirane e . d.s. U d. serijski u koji je uključen tiristor AT, gas L d i izlazni transformator Tr. Primarni namotaj Tr spojen na mrežu naizmjenične struje koja stvara napon na sekundarnom namotu u 2. U odnosu na tiristor AT ovaj napon periodično mijenja predznak, sabirajući se sa naponom u jednom dijelu perioda U d drugome - oduzimajući od njega. U odnosu na tiristor invertnog napona AT uvijek uključen u provodnom smjeru.

Energija se prenosi iz invertera u mrežu naizmenične struje kada su smerovi inverzne struje i B i AC napon u 2; suprotno, odnosno kada u 2 i U d counter.

Proces konverzije je moguć ako U 2m >U d . Za invertiranje je potrebno otključati tiristor do trenutka O 1 kada je anodni napon čak i veći od nule. Ovo je slučaj sa svim kontrolnim uglovima r< < 0 , gdje je r granični kontrolni kut pri kojem se postiže granični način rada pretvarača.

Rice. 3 Šeme jednofaznog (a) i dvofaznog (c) pretvarača koji pokreće mreža; vremenski dijagrami struja i napona (b, d), familija ulaznih karakteristika pretvarača (e).

Zanemarujući gubitke u kolu, možemo pisati

gdje x d - reaktansa petlje.

Iz jednačine slijedi da je brzina promjene struje i Bbiće direktno proporcionalna razliciU d -u 2.

Ako , , struja i B povećava (slika 3b). At U d -u 2 = 0 i B dostiže maksimum na U d -u 2 < 0 i B se smanjuje i održava energijom pohranjenom u induktivnosti induktora L d. Trajanje tiristora nakon tačke O 1 je određen vremenom tokom kojeg će se ta energija raspršiti. Količina akumulirane energije je proporcionalna površinama S1 i S2, i rasuti - S 1' i S2'. Prema tome, prekid struje u krugu invertera će biti određen trenutkom kada se za dati kontrolni ugao obe oblasti ( S1 i S 1' ili S2 i S2') postanu jednaki jedni drugima.

Prilikom promjene kuta upravljanja u smjeru njegovog smanjenja, površina S1će se stalno povećavati. Shodno tome, površina bi se takođe trebala povećati. S 1'. Međutim, rast ove površine na naznačenim vrijednostima U 2m i U d ograničen na dio sinusoida O 1 …O 1". Čim se potroši cjelokupna rezerva ovog područja, tiristor, jednom uključen, više se neće moći isključiti, a od tačke O 1' njegova struja će ponovo početi da raste pod uticajem napona U d -u 2> 0, pretvarač će preći u režim kratkog spoja. Dot O 1 ', koja određuje granicu stabilnog rada pretvarača, naziva se granica,

Gubitak stabilnosti pretvarača (rollover) u stvarnim pretvaračima nastaje ranije nego što je određeno točkom O 1", jer da bi se povratila svojstva zaključavanja tiristora nakon što je isključen, potreban je određeni vremenski period () za apsorpciju električnih naboja u p-n- tranzicije. Stoga, u stvarnom inverterskom kolu, tiristor se mora isključiti ranije za ugao nego što je dostignuta tačka O 1", a ovaj napredak uvijek mora odgovarati najtežem režimu rada tiristora, u kojem je = max .

Slična slika se može dobiti ako je = const, a U d= var.

Razmatrano kolo sadrži iste elemente kao i upravljani ispravljač koji radi na kontra-e. d.s. Međutim, uloga kontra-e. d.s. u inverterskom modu ne U d , i AC napon. Da bi se to dogodilo, potrebno je promijeniti predznak pri prelasku sa ispravljača na inverterski način rada U d i povećati kontrolni ugao izvan granice.

Odnos između glavnih parametara kola se ne mijenja, pa će se, prema tome, način rada pretvarača opisati istim jednadžbama kao i način rada kontroliranog ispravljača, s tom razlikom što izvor U d djeluje u ovom slučaju ne kao potrošač, već kao generator aktivne snage. Zbog ovog izvora pokrivaju se svi gubici u pretvaraču. Dakle, označavajući svoj vlastiti e. d.s. inverter u stanju mirovanja kroz U d dobijamo:

gdje U x i U a - reaktivni i aktivni gubici napona.

U mrežnom pretvaraču, U x >> U a. Najjednostavniji jednofazni mrežni pretvarač karakteriziraju vrlo slabe energetske performanse zbog lošeg korištenja izlaznog transformatora i značajnog izobličenja valnog oblika struje i na AC i DC strani. Iz tog razloga, mrežni pretvarači su obično polifazni.

Na sl. 3, c, g predstavljeno dvofazni inverterski krug i vremenski dijagrami struja i napona koji objašnjavaju njegov rad.

Odabir potrebnih dijelova radnog napona, pri kojima je osiguran sekvencijalni prolaz struje tiristorima U 1 i U 2 unutar svakog od perioda naizmjeničnog napona, postiže se odabirom trenutka otključavanja tiristora pomoću upravljačkih impulsa. Kada se na tiristor primjenjuje kontrolni impuls U 1 malo prije faznog napona ALI postane negativan, ovaj tiristor se otključava i propušta struju uglavnom na negativnom faznom naponu ALI.

Negativni napon u suprotnom smjeru e 21 u odnosu na struju anode i 21 označava da ova faza prima napajanje iz DC izvora. Ova snaga se u procesu transformacije struje prenosi kroz sekundarni i primarni namotaj transformatora u jednofaznu strujnu mrežu. Isti prijenos snage događa se u sljedećem poluciklusu kroz fazu AT sekundarni namotaj, kada kroz njega i tiristor U 2 struja teče.

Prijelaz (prebacivanje) struje sa tiristora U 1 za tiristor U 2 se dešava na isti način kao u režimu ispravljanja, tokom određenog vremenskog perioda, koji se naziva ugao prebacivanja .

Uloga tiristora prilikom inverzije struje svodi se na ulogu prekidača koji naizmjenično zatvaraju kolo izvora jednosmjerne struje na jedan od sekundarnih namotaja, odnosno onaj koji daje najnegativniji napon u ovom dijelu perioda. Da bi se došlo do prirodnog prebacivanja struje, karakteriziranog prijelazom struje s jednog tiristora na drugi, mora se dogoditi otključavanje sljedećeg tiristora s nekim olovom na početku negativnog poluperioda. Ovaj vod u ugaonom merenju naziva se ugao odvoda.

Ugao napredovanja mora biti dovoljan ne samo da može doći do prirodnog prebacivanja tiristorskih struja (ugao ), već i da nakon uključivanja struja ostane dovoljan ugao prije pojave pozitivnog napona, pri čemu tiristor koji ima završio svoj posao mora imati vremena da povrati svoja svojstva zaključavanja.

Ako je kut nakon prebacivanja manji od potrebnog za vraćanje blokirajućih svojstava tiristora, tada se s pojavom pozitivnog napona na anodi tiristora koji je završio svoj rad, ponovo otključava, a struja nastavlja teći sa pozitivnim poluciklusom izmjeničnog napona, što dovodi do prevrtanja pretvarača.

Dakle za normalan rad inverter je neophodan za

gdje je vodni (kontrolni) ugao, mjeren od tačke presjeka faznih napona prema vodi; t voss - vrijeme oporavka kontrolnih svojstava tiristora.

Odnos između struja i napona za podređeni pretvarač može se dobiti iz omjera za sličan kontrolirani ispravljački krug, u kojem je vrijednost ( - ) zamijenjena.

Izraz za izračunavanje struje pretvarača je:

Prosječna vrijednost ulaznog napona pretvarača (intrinzična povratna emf) se zbraja iz napona praznog hoda i povećanja napona tokom perioda uključivanja:

Napon otvorenog kola određen je izrazom:

(1)

Povećanje napona zbog fenomena prebacivanja je:

ili kao funkcija ulazne struje

(2)

Iz izraza (1) i (2) dobijamo izraz za ulaznu karakteristiku pretvarača:

Iz izraza (3) se vidi da, za razliku od vanjske karakteristike ispravljača, gdje drugi član određuje njegov pad s povećanjem struje, drugi član za invertor određuje porast ulazne karakteristike. Povećajte ulazni napon U d b sa povećanjem ulazne struje I d b je rezultat dodavanja prekidača na sinusni izlazni napon otvorenog kola.

Na sl. 3, d data je porodica ulaznih karakteristika pretvarača. Početne tačke na y-osi odgovaraju naponu otvorenog kola. Gornja granica karakteristika određena je vrijednostima struja pri kojima kut nakon prebacivanja pod datim kutom postaje min, tj. kut dovoljan da se pouzdano obnovi svojstva blokiranja tiristora (). bodova A 1 ,A 2 , A 3 na ulaznim karakteristikama odgovaraju graničnim strujama opterećenja I d b maksimalna i granična naprezanja U d bmax. Određivanje granične karakteristike pretvarača.

X Tipične karakteristike inverterskog načina rada sljedeće:

a) pretvarač se može graditi samo na kontrolisanim ventilima, jer se na njih primjenjuje pozitivan napon veći dio neradnog intervala;

b) ugao otvaranja a mora biti veći od 90°;

c) polaritet napona na istosmjernoj strani je suprotan polaritetu ispravljača;

d) u cijelom opsegu varijacije struje opterećenja i ulaznog napona mora biti ispunjen sljedeći uvjet: > + min.

SAMOSTOJEĆI INVERTERI

inverter naziva se uređaj za pretvaranje jednosmerne struje u naizmeničnu sa konstantnim ili podesivim izlaznim naponom i frekvencijom. Ako pretvarač radi na opterećenju koje nema drugi izvor napajanja, naziva se autonomnim. Autonomni pretvarači (AI) koriste se za napajanje potrošača naizmjeničnom strujom iz baterija ili drugih izvora istosmjerne struje, za električni pogon sa regulacijom frekvencije, u sistemima za direktnu konverziju energije, na primjer, iz gorivnih ćelija, MHD generatora itd.

Osnovni zahtjevi za AI: maksimalna efikasnost konverzije, minimalni indikatori težine i veličine i troškovi, upravljivost U n i I Izlaz u prilično širokom opsegu, obezbeđujući zadati oblik izlaznog napona, odsustvo smetnji u slučaju preopterećenja i praznog hoda, itd.

Kao sklopni elementi u autonomnim inverterima korišteni su tranzistori, konvencionalni i dvooperacijski tiristori. Prvi se koriste u uređajima relativno male snage, drugi su najpogodniji u naponskim AI i reguliranim pretvaračima. Obični tiristori se ponekad moraju koristiti u kombinaciji s krugovima za prisilno preklapanje.

Sva umjetna inteligencija može se podijeliti na nekoliko tipova. Prema shemi konverzije, AI se razlikuju po broju faza, strujnom krugu i nekim drugim parametrima, koji će biti navedeni u nastavku. Prema načinu prebacivanja ventila, oni mogu biti sljedeći:

invertori, potpuno uključeni upravljačkim krugovima (na tranzistorima i bunkerima);

invertori sa sklopnim kondenzatorima povezanim paralelno sa opterećenjem;

serijski pretvarači;

AI sa dvostepenim prebacivanjem, omogućavajući regulaciju izlaznog napona.

Međutim, najznačajnija podjela autonomnih pretvarača na dva tipa su autonomni pretvarači napona (AVI) i AI struja (ANT) u zavisnosti od prirode izvora napajanja i njegove povezanosti sa AI (osim toga, postoje rezonantni AI, ali su rijetko se koristi).

Autonomni pretvarač napona.

AIP stvara naizmjenični napon u opterećenju tako što ga povremeno povezuje na izvor napona zbog naizmjeničnog uključivanja ventila u parovima (slika 1, a).

Napajanje radi u režimu generatora napona (baterija ili ispravljač sa kapacitivnim filterom), namjena kondenzatora će biti dodatno objašnjena.

Rice. 1. Autonomni pretvarač napona (a) i dijagram njegovog rada (b)

Ventili moraju biti potpuno kontrolirani (DOT) ili se svaki tiristor snabdijeva prisilnim sklopnim krugom. Kada strujno kolo radi na opterećenju, formiraju se pravokutni impulsi napona (slika 1, b), a oblik struje ovisi o njenoj prirodi. Ako je opterećenje čisto aktivno, tada se oblik struje poklapa s oblikom napona (isprekidana linija na slici 1, b), ako je opterećenje aktivno-induktivno, struja i n varira eksponencijalno s vremenskom konstantom

. Prilikom zatvaranja drugog para ventila (npr. VD1 i VD4 ) i otključavanje drugog para napona U n naglo se menja, a struja neko vreme

zadržava svoj pravac. Da bi se osigurao prolaz ove struje, koriste se takozvane flyback diode. VD5... VD8, tada se struja zatvara kroz kondenzator OD.

Frekvencija struje u opterećenju određena je upravljačkim krugom, karakteristika opterećenja AVI-a je kruta, budući da je napon na opterećenju gotovo jednak U n = E.

Budući da ulazna struja samog pretvarača postaje (at RL- opterećenje) naizmjenično, onda kada AVI radi iz ispravljača, potreban je kondenzator OD veliki kapacitet. AIN može raditi u širokom rasponu opterećenja - od praznog hoda do vrijednosti pri kojoj je moguće preopterećenje ventila.

Maksimalna vrijednost struje opterećenja sa simetričnom prirodom izlaznog napona je

,

Gdje

;

;T- period.

Moguće je regulisati napon na izlazu AIN-a, bilo promjenom E, ili uz pomoć regulacije širine impulsa. Potonji se izvodi na nekoliko načina: 1) svaki impuls napona u opterećenju formira se od nekoliko, mijenjajući njihovo trajanje (slika 2, a); 2) smanjenje vremena rada AVI u svakom poluperiodu zatvaranjem jednog para ventila i uključivanjem drugog para sa zakašnjenjem (Sl. 2, b); 3) upotreba dva invertora koji rade na zajedničko opterećenje kroz transformator sa geometrijskim dodatkom izlaznih napona podešavanjem faze u upravljačkim krugovima (slika 2, c). U prva dva slučaja povećavaju se amplitude viših harmonika, ali u prvoj varijanti moguće je dobiti izlazni napon po obliku blizak sinusoidnom.

Rice. 2. Regulacija napona u AIN-u

Autonomni strujni pretvarač.

AIT (slika 3) prima snagu iz izvora napajanja kroz dovoljno veliku induktivnost, tako da se struja koju troši inverter praktički ne mijenja. Prilikom naizmjeničnog prebacivanja parova tiristora (ne mogu se zaključati), u opterećenju se formiraju pravokutni strujni impulsi, a oblik napona ovisi o prirodi opterećenja, koje je u pravilu aktivno-kapacitivno. Prema načinu na koji je kondenzator spojen na opterećenje, AIT se nazivaju paralelni.

Kao što se može vidjeti sa sl. 3, pri sljedećem prebacivanju parova tiristora (na primjer, radili su VD1 i VD4, i uključuju ih upravljački krug VD2 i VD3 ) kroz opterećenje struja se naglo mijenja, a zbog ponovnog punjenja kondenzatora OD u određenom vremenskom intervalu, tiristori koji su prethodno radili su pod obrnutim naponom i, naravno, zaključani. Potrebno je da ovaj interval bude duži od vremena isključenja tiristora. Što je veća vremenska konstanta

, što se sporije mijenja napon na opterećenju, zakon njegove promjene se približava linearnom, a oblik se približava trokutastom. Vanjska karakteristika AIT-a je mekana (strmo padanje), nemoguć je način mirovanja.

Rice. 3. Autonomni pretvarač struje (a) i dijagram njegovog rada (b)

Relativna vrijednost napona na opterećenju i vrsta vanjske karakteristike mogu se približno naći iz formule

gdje - Efikasnost AIT;

.

Treba napomenuti da je kod aktivno-induktivnog opterećenja AIT neoperabilan i takvo opterećenje mora biti šantovano kondenzatorom.

Pošto je to u praksi teško obezbediti

za AIT ili

OD za AIN, prava kola imaju neke srednje kvalitete.

Za napajanje jednofaznog opterećenja relativno male snage naponom koji se značajno razlikuje od napona napajanja, prikladno je koristiti krug u kojem je jedan par tiristora zamijenjen polunamotajima transformatora, a to vam omogućava da match U n i U n(Sl. 4).

Rice. 4. Paralelni tranzistorski pretvarač

Kada je omogućeno, npr. VD1 struja teče iz izvora napajanja kroz L, polunavijanje W1 transformator Tr i VD1. EMF se indukuje u sekundarnom namotu, a struja se pojavljuje u opterećenju. Preklopni kondenzator OD je napunjen skoro da udvostruči mrežni napon (zbog EMF samoindukcije u namotu W2). Kada se uključi kontrolni krug SU VD2, kondenzator je spojen paralelno VD1, odmah se zaključava (pošto se napon primjenjuje u smjeru zaključavanja) i proces se ponavlja.

U opterećenju se stvara napon frekvencije koju određuje upravljački krug. Oblik napona zavisi od R n(za velike R n bliže je trouglastom, na manjem R n - do pravougaonog), vrijednost - od E, omjer transformacije i vrijednost R n .

Napon uključen L jednaka razlici između U c (preračunato na polovinu primarnog namotaja) i E. U režimima blizu praznog hoda, kondenzator se puni konstantnom strujom, i U c može dostići velike (mnogo više E) vrijednosti, što je opasno za tiristore.

Kao upravljački krug možete koristiti tranzistorski simetrični multivibrator sa emiterskim sljedbenicima povezanim s upravljačkim elektrodama tiristora, napajanim istim izvorom napajanja. Shema je pogodna za E= 12...250 V, I n= 1...50A, f=10...2000 Hz.

Serijski pretvarači se u nekim slučajevima koriste za proizvodnju naizmjenične struje povećane frekvencije ( f= 2...50 kHz). Imaju rezonantni lanac, uz pomoć kojeg se ventili prebacuju. Kolo radi na sljedeći način (slika 5). Kada se da kontrolni signal, otvara se VD1, struja prolazi L1, R n , OD. U narednom poluciklusu, VD2 i kondenzator OD, napunjen tokom prvog poluciklusa, isprazni se nakon R n , L2 i VD2. Kolo može raditi u nekoliko načina.

Rice. 5. Sekvencijalni pretvarač (a) i njegovi načini rada (b-d)

U režimu povremene struje (slika 5, b) VD1 isključuje se nakon što struja punjenja kondenzatora padne OD, tj. do trenutka kada se upravljački krug uključi VD2 (i obrnuto). Kao rezultat, postoji vremenski interval kada oba ventila ne provode struju i I n = 0.

U režimu kontinuirane struje (slika 5, d) VD1 isključuje se kada se uključi VD2, tj. postoji stanje kada oba gejta provode struju. Ugasiti VD1 u ovom slučaju se provodi zbog činjenice da kada se VD2 i prolaz struje pražnjenja OD kroz L2 in L1 Formira se povratni EMF, dovoljan da smanji struju otvorenosti VD1 do nule. To zahtijeva uključivanje VD2 dogodilo kada je struja prošla VD1 već počeo da opada. Inače, način "kroz" struja kroz VD1, L1, L2 i VD2 , odnosno režim kratkog spoja.

Optimalni je granični režim (slika 5, c), u kojem je oblik struje u opterećenju blizak sinusoidi. Preporučljivo je koristiti takve pretvarače na konstantnim vrijednostima svih parametara, uključujući opterećenje, uz pružanje prilično krute vanjske karakteristike. Budući da pretvarač može ispasti iz režima pri niskim opterećenjima, paralelno R n uključiti OD 0 a pretvarač postaje serijski paralelan.

Ako dodate još jedan kondenzator OD 1 , tada se inverter iz jednociklusa pretvara u dvotaktni, u trenutku kada se puni OD, otpušten OD 1 i obrnuto. Ovo poboljšava efikasnost kola.

Serijski pretvarači mogu biti i višefazni.