Σπίτι ηλεκτρικό εργαλείο

Μηχανή συγκόλλησης DC. Μετατροπέας συγκόλλησης DC

Ο αυτόνομος μετατροπέας τάσης έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει την άμεση τάση σε εναλλασσόμενη τάση. Υπάρχουν και μετατροπείς ρεύματος, μετατρέπουν το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο. Ωστόσο, οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι μετατροπείς τάσης. Χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή άμεσης τάσης, όπως ανορθωτές, μπαταρίες ή ηλιακούς συλλέκτες, σε εναλλασσόμενη τάση, τις περισσότερες φορές με συχνότητα 50 Hz ή οποιαδήποτε άλλη συχνότητα με δυνατότητα ρύθμισής της.

Μονοφασικός αυτόνομος μετατροπέας τάσης. Λειτουργική αρχή

Η εναλλασσόμενη τάση στο φορτίο σχηματίζεται από βραχυπρόθεσμες εναλλασσόμενες συνδέσεις της πηγής ισχύος συνεχούς τάσης στους αντίθετους ακροδέκτες φορτίου, δηλαδή, σε μια χρονική στιγμή, η πηγή ισχύος με τους δικούς της ακροδέκτες 1-2 συνδεδεμένο στους ακροδέκτες φορτίου 3-4 , και το επόμενο - στα τερματικά 4-3 . (ρύζι. ένας ) Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα μέσω του φορτίου ρέει πρώτα προς τη μία κατεύθυνση και μετά προς την άλλη. Με την αύξηση της συχνότητας μιας τέτοιας μεταγωγής, η συχνότητα αυξάνεται. εναλλασσόμενο ρεύμασε φορτίο.

Ρύζι. 1 - Αυτόνομος μετατροπέας τάσης. Λειτουργική αρχή

Ακόμη πιο εύκολο να κατανοήσουμε τη διαδικασία σχηματισμού AC τάσηαπό σταθερό είναι δυνατόν αν φανταστείτε ότι υπάρχει αντίσταση στο ένα χέρι και μπαταρία στο άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση βρίσκεται πάντα σε μια σταθερή θέση και η μπαταρία συνδέεται είτε με έναν πόλο είτε με ένα μείον στον ίδιο ακροδέκτη της αντίστασης. Έτσι, το ρεύμα μέσω της αντίστασης θα ρέει είτε προς μία κατεύθυνση είτε προς την αντίθετη κατεύθυνση. Στην πραγματικότητα, ο ρόλος των διακοπτών εκτελείται από διακόπτες ημιαγωγών.

Εμφανίζεται ένα σχηματικό διάγραμμα ενός αυτόνομου μετατροπέα τάσης ρύζι. 2.

Ρύζι. 2 - Αυτόνομος μετατροπέας τάσης. διάγραμμα κυκλώματος

Εξετάστε τη λειτουργία του μετατροπέα στο παράδειγμα ενός ενεργού-επαγωγικού φορτίου, ως το πιο συνηθισμένο

Κάποια στιγμή t 1 (ρύζι. 3 ) ένα ζεύγος διαγώνια αντίθετων τρανζίστορ VT 1 , VT 4 ανοιχτό και το άλλο VT 2 , VT 3 είναι κλειστό. Το ρεύμα που διαρρέει τον μετατροπέα τάσης και το φορτίο αυξάνεται εκθετικά με μια χρονική σταθερά τ= μεγάλο H / R H κατά μήκος της διαδρομής "+" U IP – VT 1 – μεγάλο H R H – VT 4 – «-» U IP . Την επόμενη στιγμή t 2 (ρύζι. τέσσερις ) τρανζίστορ VT 1 , VT 4 κλειστό και VT 2 , VT 3 είναι ανοιχτά.

Ρύζι. 3 - Η διαδρομή ροής ρεύματος μέσω των στοιχείων του μετατροπέα στο χρονικό διάστημα t1-t2

Ρύζι. 4 - Η διαδρομή ροής ρεύματος μέσω των στοιχείων του μετατροπέα στο χρονικό διάστημα t 2- t 3

Ωστόσο, λόγω της παρουσίας επαγωγής μεγάλο H το ρεύμα δεν μπορεί να αλλάξει αμέσως την κατεύθυνσή του. Επομένως, αυτή τη στιγμή t 2 τρανζίστορ κλεισίματος VT 1 , VT 4 και ανακαλύψεις VT 2 , VT 3 ρεύμα συνεχίζει να ρέει μέσω του μετατροπέα προς την ίδια κατεύθυνση όσο η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στον επαγωγέα μαγνητικό πεδίο W L n = μεγάλο H Εγώ 2 /2 δεν πέφτει στο μηδέν (χρονικό διάστημα t 2 — t 3 ) (εκ. ρύζι. τέσσερις ). Επειδή τα τρανζίστορ VT 1 , VT 4 ήδη κλειστό, τότε το ρεύμα θα διαρρέει το ακόλουθο κύκλωμα: μεγάλο H R H – VD 2 – U IP – VD 3 . Κατά τη διάρκεια αυτού του χρονικού διαστήματος, η ενέργεια από το φορτίο δίνεται στην πηγή ισχύος U IP .

Εάν χρησιμοποιείται ένας ανορθωτής ως πηγή ενέργειας, τότε πρέπει να είναι πυκνωτής διακλάδωσης C. Αυτό θα επιτρέψει στο ρεύμα να ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Στη στιγμή t 3 (ρύζι. 5 ), το ρεύμα θα πέσει στο μηδέν και μετά θα αλλάξει η κατεύθυνσή του. Στο διάστημα του χρόνου t 3 < t < t 4 το ρεύμα θα αυξηθεί, ρέοντας κατά μήκος της διαδρομής: "+" U IP – VT 2 – μεγάλο H R H – VT 3 – «-» U IP . Σε νομίσματα του χρόνου t 4 τρανζίστορ VT 2 , VT Το 3 θα κλείσει ξανά, VT 1 , VT 4 θα ανοίξει. Επίκαιρο με την πάροδο του χρόνου t 4 < t < t 5 θα συνεχίσει να ρέει προς την ίδια κατεύθυνση μέχρι να πέσει στο μηδέν. Τρέχουσα διαδρομή: μεγάλο H R H – VD 1 – U IP – VD 4 .

Ρύζι. 5 - Η διαδρομή διέλευσης ρεύματος μέσω των στοιχείων του μετατροπέα στο χρονικό διάστημα t 3- t 4

Την επόμενη στιγμή t 5 (ρύζι. 6 ) το ρεύμα θα γίνει ίσο με μηδέν και, στη συνέχεια, αλλάζοντας την κατεύθυνσή του, θα αρχίσει να αυξάνεται στο χρονικό διάστημα t 5 < t < t 6 . Στη στιγμή t 6 τα τρανζίστορ θα αλλάξουν ξανά και οι διαδικασίες θα επαναληφθούν.

Ρύζι. 6 - Η διαδρομή διέλευσης ρεύματος μέσω των στοιχείων του μετατροπέα στο χρονικό διάστημα t 5- t 6

Το ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος "+". U IP – VT 2 –R H μεγάλο H – VT 3 – «-» U IP . Τρανζίστορ λοιπόν VT 1 …VT 4 συνδέστε εναλλάξ το τροφοδοτικό U IP για φόρτωση ακροδεκτών: πρώτα θετικό U IP συνδεδεμένος με 3 -ο τερματικό και μείον προς 4 -ο τερματικό και μετά το αντίστροφο.

Ο αλγόριθμος ελέγχου τρανζίστορ που συζητήθηκε παραπάνω σας επιτρέπει να διατηρήσετε σταθερή την τάση εξόδου του μετατροπέα και, κατά συνέπεια, το ρεύμα φορτίου, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις είναι απαραίτητο να αλλάξετε την τάση για να λάβετε το απαιτούμενο ρεύμα στο φορτίο.

Τρόποι ρύθμισης της τάσης ενός αυτόνομου μετατροπέα

Υπάρχουν δύο τρόποι ρύθμισης της τάσης εξόδου του μετατροπέα:

1) ο πρώτος τρόπος είναι να αλλάξετε το μέγεθος της τάσης της πηγής ισχύος U IP.

2) η δεύτερη μέθοδος υλοποιείται χρησιμοποιώντας τα λεγόμενα εσωτερικά μέσα του μετατροπέα, δηλαδή αλλάζοντας το σχήμα της τάσης εξόδου.

Η πρώτη μέθοδος είναι αρκετά απλή και απαιτεί μόνο ρυθμισμένη παροχή ρεύματος. Η ουσία της δεύτερης μεθόδου είναι η εξής. Για να αλλάξετε την τάση στην έξοδο του μετατροπέα, είναι απαραίτητο να μετατοπίσετε τους παλμούς ελέγχου που εφαρμόζονται στις βάσεις των τρανζίστορ VT 2 και VT 4 , σε σχέση με τους παλμούς ελέγχου που ενεργοποιούνται VT 1 και VT 3 στη γωνία ελέγχου α (ρύζι. 7 ).

Ρύζι. 7 - Αλγόριθμοι ελέγχου τρανζίστορ μονοφασικού μετατροπέα τάσης

Λάβετε υπόψη τη λειτουργία του μετατροπέα ενεργοποιημένο κατά τη ρύθμιση της τάσης εξόδου

Στο χρονικό διάστημα t 1 < t < t 2 (ρύζι. οκτώ ).ανοίξτε τρανζίστορ VT 1 και VT 4 η τάση στο φορτίο είναι ίση με την παροχή ρεύματος u n = U IP . Την επόμενη στιγμή t2 κλείνει VT 1 και ανοίγει VT 3. Για κάποιο χρονικό διάστημα t 2 < t < t 3 (ρύζι. 9 ) το ρεύμα ρέει μέσα από το κύκλωμα R H μεγάλο H – VT 4- VD 3 και το φορτίο βραχυκυκλώνεται, με αποτέλεσμα η τάση σε αυτό να μηδενίζεται u n =0 . Στη στιγμή t3 Το σήμα σκανδάλης εφαρμόζεται στη βάση του τρανζίστορ VT 2 και αφαιρείται από τη βάση VT 4 .

Ως αποτέλεσμα, η τάση τροφοδοσίας εφαρμόζεται στο φορτίο u n = — U IP . Η παρουσία επαγωγής στο κύκλωμα οδηγεί στο γεγονός ότι στο χρονικό διάστημα t 3 < t < t 4 (ρύζι. δέκα ) το ρεύμα μέσω του μετατροπέα συνεχίζει να ρέει προς την ίδια κατεύθυνση: μεγάλο H R H – VD 2 – U IP – VD 3 , και αφού πέσει στο μηδέν, θα αλλάξει κατεύθυνση και θα ρέει κατά μήκος της αλυσίδας: U IP – VT 2 – R H μεγάλο H – VT 3 (ρύζι. έντεκα ).

Ρύζι. 8 - Διαδρομή του ρεύματος στο χρονικό διάστημα t 1- t 2

Ρύζι. 9 - Διαδρομή διέλευσης ρεύματος στο χρονικό διάστημα t 2- t 3

Ρύζι. 10 - Διαδρομή του ρεύματος στο χρονικό διάστημα t 3- t 4

Ρύζι. 11 - Διαδρομή του ρεύματος στο χρονικό διάστημα t > t 4

Ως αποτέλεσμα της εφαρμογής ενός τέτοιου αλγορίθμου ελέγχου τρανζίστορ, εμφανίζεται μια παύση στην καμπύλη τάσης, η οποία συνεπάγεται μείωση της πραγματικής τιμής τάσης. Επομένως, για να ρυθμίσετε την τάση στην έξοδο του μετατροπέα, είναι απαραίτητο να αλλάξετε τη γωνία ελέγχου α.

Αυτό το άρθρο εξετάζει την αρχή της λειτουργίας ενός μονοφασικού μετατροπέα τάσης δύο επιπέδων, ωστόσο, υπάρχουν επίσης μετατροπείς πολλαπλών φάσεων και πολλαπλών επιπέδων, αλλά η βάση της λειτουργίας τους είναι η αρχή λειτουργίας του εξεταζόμενου μετατροπέα.

Για τη μετατροπή του συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιούνται ειδικές ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος που ονομάζονται μετατροπείς. Τις περισσότερες φορές, ένας μετατροπέας μετατρέπει μια τάση συνεχούς ρεύματος ενός μεγέθους σε μια τάση AC άλλου μεγέθους.

Με αυτόν τον τρόπο, ένας μετατροπέας είναι μια γεννήτρια περιοδικής μεταβαλλόμενης τάσης, ενώ το σχήμα της τάσης μπορεί να είναι ημιτονοειδές, κοντά στο ημιτονοειδές ή παλμικό. Οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται τόσο ως ανεξάρτητες συσκευές όσο και ως μέρος συστημάτων αδιάλειπτης τροφοδοσίας (UPS).

Στις πηγές αδιάκοπη παροχή ενέργειας(UPS), οι μετατροπείς επιτρέπουν, για παράδειγμα, τη συνεχή παροχή ρεύματος σε συστήματα υπολογιστών και εάν η τάση εξαφανιστεί ξαφνικά στο δίκτυο, ο μετατροπέας θα αρχίσει αμέσως να τροφοδοτεί τον υπολογιστή με ενέργεια που λαμβάνεται από την εφεδρική μπαταρία. Τουλάχιστον ο χρήστης θα έχει χρόνο να κλείσει σωστά και να απενεργοποιήσει τον υπολογιστή.

Τα μεγαλύτερα αδιάλειπτα τροφοδοτικά χρησιμοποιούν μεγαλύτερους μετατροπείς με μεγάλες μπαταρίες που μπορούν αυτόνομα να τροφοδοτούν τους καταναλωτές για ώρες, ανεξάρτητα από το δίκτυο, και όταν το δίκτυο επανέλθει στο κανονικό, το UPS θα μεταφέρει αυτόματα τους καταναλωτές απευθείας στο δίκτυο και οι μπαταρίες θα αρχίσουν να φορτίζονται.

Τεχνική πλευρά

ΣΤΟ σύγχρονες τεχνολογίεςΓια τη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας, ένας μετατροπέας μπορεί να λειτουργήσει μόνο ως ενδιάμεσος σύνδεσμος, όπου η λειτουργία του είναι να μετατρέπει την τάση μετατρέποντάς την σε υψηλή συχνότητα (δεκάδες και εκατοντάδες kilohertz). Ευτυχώς, σήμερα είναι εύκολο να λυθεί ένα τέτοιο πρόβλημα, διότι για την ανάπτυξη και το σχεδιασμό μετατροπέων, τόσο οι διακόπτες ημιαγωγών ικανοί να αντέχουν ρεύματα εκατοντάδων αμπέρ, όσο και τα μαγνητικά κυκλώματα των απαιτούμενων παραμέτρων, καθώς και ηλεκτρονικοί μικροελεγκτές ειδικά σχεδιασμένοι για μετατροπείς (συμπεριλαμβανομένων αντηχούν) είναι διαθέσιμα.

Οι απαιτήσεις για τους μετατροπείς, καθώς και για άλλες συσκευές ισχύος, περιλαμβάνουν: υψηλή απόδοση, αξιοπιστία, όσο το δυνατόν μικρότερες συνολικές διαστάσεις και βάρος. Είναι επίσης απαραίτητο ο μετατροπέας να αντέχει στο επιτρεπτό επίπεδο υψηλότερων αρμονικών στην τάση εισόδου και να μην δημιουργεί απαράδεκτα ισχυρό θόρυβο παλμών για τους καταναλωτές.

Σε συστήματα με «πράσινες» πηγές ηλεκτρικής ενέργειας (ηλιακά πάνελ, ανεμόμυλοι) για την απευθείας παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στο γενικό δίκτυο, χρησιμοποιούνται μετατροπείς Grid-tie - μετατροπείς που μπορούν να λειτουργούν συγχρονισμένα με το βιομηχανικό δίκτυο.

Κατά τη λειτουργία του μετατροπέα τάσης, μια πηγή σταθερής τάσης συνδέεται περιοδικά στο κύκλωμα φορτίου με εναλλαγή πολικότητας, ενώ η συχνότητα των συνδέσεων και η διάρκειά τους διαμορφώνεται από ένα σήμα ελέγχου που προέρχεται από τον ελεγκτή.

Ο ελεγκτής στον μετατροπέα συνήθως εκτελεί διάφορες λειτουργίες: ρύθμιση της τάσης εξόδου, συγχρονισμός της λειτουργίας των διακοπτών ημιαγωγών και προστασία του κυκλώματος από υπερφόρτωση. Κατ 'αρχήν, οι μετατροπείς χωρίζονται σε: αυτόνομους μετατροπείς (μετατροπείς ρεύματος και μετατροπείς τάσης) και εξαρτημένους μετατροπείς (οδηγούμενους από το δίκτυο, δέσμευση δικτύου κ.λπ.)

Κύκλωμα μετατροπέα

Οι διακόπτες ημιαγωγών του μετατροπέα ελέγχονται από τον ελεγκτή και διαθέτουν διόδους ανάστροφης διακλάδωσης. Η τάση στην έξοδο του μετατροπέα, ανάλογα με την τρέχουσα ισχύ φορτίου, ρυθμίζεται από μια αυτόματη αλλαγή στο πλάτος του παλμού στη μονάδα μετατροπέα υψηλής συχνότητας, στην απλούστερη περίπτωση.

Τα μισά κύματα της τάσης εξόδου χαμηλής συχνότητας πρέπει να είναι συμμετρικά, έτσι ώστε τα κυκλώματα φορτίου σε καμία περίπτωση να μην λαμβάνουν σημαντική σταθερή συνιστώσα (αυτό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο για τους μετασχηματιστές), για αυτό το πλάτος παλμού της μονάδας χαμηλής συχνότητας (στο απλούστερη περίπτωση) γίνεται σταθερή.

Στον έλεγχο των πλήκτρων εξόδου του μετατροπέα, χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος που παρέχει μια διαδοχική αλλαγή στις δομές του κυκλώματος ισχύος: άμεση, βραχυκύκλωμα, αντίστροφη.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η τιμή της ισχύος στιγμιαίου φορτίου στην έξοδο του μετατροπέα έχει τη φύση κυματισμών με διπλή συχνότητα, επομένως η κύρια πηγή πρέπει να επιτρέπει έναν τέτοιο τρόπο λειτουργίας όταν ρέουν παλμικά ρεύματα και να αντέχουν στο αντίστοιχο επίπεδο παρεμβολών (στην είσοδο του μετατροπέα).

Εάν οι πρώτοι μετατροπείς ήταν αποκλειστικά μηχανικοί, σήμερα υπάρχουν πολλές επιλογές για κυκλώματα μετατροπέων που βασίζονται σε ημιαγωγούς και υπάρχουν μόνο τρία τυπικά κυκλώματα: γέφυρα χωρίς μετασχηματιστή, ώθηση με μηδενική έξοδο μετασχηματιστή, γέφυρα με μετασχηματιστή.

Ένα κύκλωμα γέφυρας χωρίς μετασχηματιστή βρίσκεται σε αδιάλειπτα τροφοδοτικά ισχύος 500 VA και άνω και σε μετατροπείς αυτοκινήτων. Το κύκλωμα push-pull με μηδενική έξοδο μετασχηματιστή χρησιμοποιείται σε UPS χαμηλής ισχύος (για υπολογιστές) με ισχύ έως και 500 VA, όπου η τάση στην εφεδρική μπαταρία είναι 12 ή 24 βολτ. Ένα κύκλωμα γέφυρας με μετασχηματιστή χρησιμοποιείται σε ισχυρά αδιάλειπτα τροφοδοτικά (για μονάδες και δεκάδες kVA).

Σε μετατροπείς τάσης με ορθογώνια έξοδο, μια ομάδα διακοπτών με διόδους ελεύθερου τροχού αλλάζει έτσι ώστε να επιτυγχάνεται μια εναλλασσόμενη τάση στο φορτίο και να παρέχεται μια λειτουργία ελεγχόμενης κυκλοφορίας στο κύκλωμα.

Τα ακόλουθα είναι υπεύθυνα για την αναλογικότητα της τάσης εξόδου: η σχετική διάρκεια των παλμών ελέγχου ή η μετατόπιση φάσης μεταξύ των σημάτων ελέγχου ομάδων πλήκτρων. Σε έναν μη ελεγχόμενο τρόπο κυκλοφορίας άεργου ενέργειας, ο καταναλωτής επηρεάζει το σχήμα και το μέγεθος της τάσης στην έξοδο του μετατροπέα.

Στους μετατροπείς βηματικής τάσης, ο προμετατροπέας υψηλής συχνότητας δημιουργεί μια μονοπολική κυματομορφή τάσης βήματος που προσεγγίζει χονδρικά σε σχήμα ένα ημιτονοειδές με περίοδο ίση με τη μισή περίοδο της τάσης εξόδου. Το κύκλωμα γέφυρας LF μετατρέπει στη συνέχεια τη μονοπολική καμπύλη βήματος σε δύο μισά μιας διπολικής καμπύλης που έχει χονδρικά σχήμα ημιτονοειδούς κύματος.

Σε μετατροπείς τάσης με ημιτονοειδή (ή σχεδόν ημιτονοειδή) έξοδο, ο προκαταρκτικός μετατροπέας υψηλής συχνότητας παράγει μια σταθερή τάση κοντά σε μέγεθος με το πλάτος του μελλοντικού ημιτονοειδούς στην έξοδο.

Μετά από αυτό, το κύκλωμα γέφυρας σχηματίζει μια εναλλασσόμενη τάση χαμηλής συχνότητας από μια σταθερή τάση, μέσω πολλαπλών PWM, όταν κάθε ζεύγος τρανζίστορ ανοίγει πολλές φορές σε κάθε μισό κύκλο του σχηματισμού του ημιτονοειδούς εξόδου για χρόνο που ποικίλλει ανάλογα στον αρμονικό νόμο. Στη συνέχεια, το φίλτρο χαμηλής διέλευσης εξάγει το ημίτονο από το σχήμα που προκύπτει.

Τα απλούστερα σχήματα για προκαταρκτική μετατροπή υψηλής συχνότητας σε μετατροπείς είναι αυτοταλαντούμενα. Είναι αρκετά απλά από άποψη τεχνικής υλοποίησης και είναι αρκετά αποτελεσματικά σε χαμηλές ισχύς (έως 10-20 W) σε φορτία ισχύος που δεν είναι κρίσιμα για τη διαδικασία τροφοδοσίας. Η συχνότητα των αυτοταλαντωτών δεν είναι μεγαλύτερη από 10 kHz.

Η θετική ανάδραση σε τέτοιες συσκευές λαμβάνεται από τον κορεσμό του μαγνητικού κυκλώματος του μετασχηματιστή. Αλλά για ισχυρούς μετατροπείς, τέτοια σχήματα δεν είναι αποδεκτά, καθώς οι απώλειες στα κλειδιά αυξάνονται και η απόδοση αποδεικνύεται χαμηλή ως αποτέλεσμα. Επιπλέον, οποιοδήποτε βραχυκύκλωμα στην έξοδο διακόπτει τις αυτοταλαντώσεις.

Τα καλύτερα κυκλώματα προκαταρκτικών μετατροπέων υψηλής συχνότητας είναι το flyback (έως 150 W), το push-pull (έως 500 W), το half-bridge και το bridge (πάνω από 500 W) σε ελεγκτές PWM, όπου η συχνότητα μετατροπής φτάνει τα εκατοντάδες kilohertz .

Τύποι μετατροπέων, τρόποι λειτουργίας

Οι μονοφασικοί μετατροπείς τάσης χωρίζονται σε δύο ομάδες: με καθαρή ημιτονοειδή έξοδο και με τροποποιημένο ημιτονοειδές κύμα. Η πλειοψηφία σύγχρονες συσκευέςεπιτρέπουν μια απλοποιημένη μορφή του σήματος δικτύου (τροποποιημένο ημιτονοειδές).

Ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα είναι σημαντικό για συσκευές που έχουν ηλεκτρικό κινητήρα ή μετασχηματιστή στην είσοδο ή εάν πρόκειται για ειδική συσκευή που λειτουργεί μόνο με καθαρό ημιτονοειδές κύμα στην είσοδο.

Οι τριφασικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται συνήθως για τη δημιουργία τριφασικού ρεύματος για ηλεκτρικούς κινητήρες, για παράδειγμα, για ισχύ. Σε αυτή την περίπτωση, οι περιελίξεις του κινητήρα συνδέονται απευθείας στην έξοδο του μετατροπέα. Όσον αφορά την ισχύ, ο μετατροπέας επιλέγεται με βάση την τιμή αιχμής του για τον καταναλωτή.

Γενικά, υπάρχουν τρεις τρόποι λειτουργίας του μετατροπέα: εκκίνηση, συνεχής και υπερφόρτωση. Στη λειτουργία εκκίνησης (φόρτιση χωρητικότητας, εκκίνηση του ψυγείου), η ισχύς μπορεί να διπλασιάσει την ονομαστική τιμή του μετατροπέα για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, αυτό είναι αποδεκτό για τα περισσότερα μοντέλα. Συνεχής λειτουργία - που αντιστοιχεί στη βαθμολογία του μετατροπέα. Λειτουργία υπερφόρτωσης - όταν η ισχύς του καταναλωτή είναι 1,3 φορές μεγαλύτερη από την ονομαστική τιμή - σε αυτήν τη λειτουργία, ο μέσος μετατροπέας μπορεί να λειτουργήσει για περίπου μισή ώρα.

Η λέξη "inverter" σε σχέση με την ηλεκτρολογία σημαίνει συσκευή που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Σε αυτή την περίπτωση, το πλάτος της τάσης μπορεί να αλλάξει προς τα πάνω ή προς τα κάτω.

Οι μετατροπείς μπορεί να είναι είτε ξεχωριστές συσκευές (συγκόλληση ή μετατροπέας τάσης του εποχούμενου δικτύου του αυτοκινήτου σε 220 V AC), είτε ξεχωριστή μονάδα ή μέρος του κυκλώματος (τροφοδοτικό για υπολογιστή, τηλεόραση). Τώρα θα μιλήσουμε για συσκευές που χρησιμοποιούνται για παροχή ρεύματος σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης που σχετίζονται με την απώλεια τάσης δικτύου.

Πού πάει η ένταση και πότε θα επανέλθει;

Κανένα δίκτυο δεν είναι 100% αξιόπιστο. Ξαφνικά, τα φώτα στο διαμέρισμα ή στο σπίτι σβήνουν. Αυτό οφείλεται σε ζημιά σε καλωδιακές ή εναέριες γραμμές, ηλεκτρικό εξοπλισμό υποσταθμών. Τα ατυχήματα εντός της πόλης, εάν δεν σχετίζονται με φυσικές καταστροφές, εξαλείφονται σχετικά γρήγορα. Για αυτό, εργάζονται οι υπηρεσίες αποστολής και οι επιχειρησιακές ομάδες. Και είναι δυνατό να εξαιρέσετε το κατεστραμμένο τμήμα και να το αντικαταστήσετε με ένα άλλο λόγω του αμοιβαίου πλεονασμού τους.

Στις αγροτικές περιοχές και τις εξοχικές κατοικίες, όλα είναι διαφορετικά. Υπάρχει μόνο μία γραμμή ανεφοδιασμού, η ταξιαρχία πρέπει να πάει μακριά. Μετά από τυφώνες ή καταιγίδες, ο αριθμός των πεσμένων δέντρων στις συρμάτινες γραμμές αυξάνει τις πιθανότητες να παραμείνετε στο σκοτάδι για μεγάλο χρονικό διάστημα. Και αν ο μετασχηματιστής ισχύος είναι κατεστραμμένος, θα πρέπει να περιμένετε περισσότερο από μία ημέρα.

Ο καιρός περνάει, το φαγητό στο ψυγείο χαλάει. Μην βράζετε τον βραστήρα - είναι ηλεκτρικός. Δεν υπάρχει τίποτα για να μαγειρέψετε το δείπνο. Η μπαταρία του κινητού τηλεφώνου είναι αποφορτισμένη - είναι αδύνατο να καλέσετε το Υπουργείο Εκτάκτων Καταστάσεων. Στο σκοτάδι, δεν μπορείς να βρεις θεραπεία για τη γιαγιά. Οι συσκευές θέρμανσης ψύχονται και μαζί τους και το ίδιο το σπίτι.

Για να μην συμβεί αυτό χρειάζεστε μια προσωπική, ανεξάρτητη από το δίκτυο πηγή τροφοδοσίας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ένας μετατροπέας.

Η αρχή της λειτουργίας της αδιάλειπτης παροχής ρεύματος

Ο πιο απλός μετατροπέας Αδιάλειπτη τροφοδοσία υπολογιστή (UPS). Στο εσωτερικό του υπάρχει μια μπαταρία που αποθηκεύει ενέργεια. Λειτουργεί σε λειτουργία σταθερής φόρτισης. Για το σκοπό αυτό το UPS περιλαμβάνει Φορτιστής, το οποίο παρακολουθεί το επίπεδο τάσης στην μπαταρία. Ανάλογα με αυτό, ρυθμίζει το ρεύμα φόρτισης ή απενεργοποιεί την μπαταρία.

Μόλις εξαφανιστεί η τάση τροφοδοσίας, η συσκευή ελέγχου αποσυνδέει το φορτίο από το δίκτυο. Ταυτόχρονα, συνδέεται με την μπαταρία μέσω ενός μετατροπέα, που αποτελεί μέρος του UPS.

Μπαταρίες 220V υπάρχουν, αλλά καταλαμβάνουν ένα δωμάτιο στο μέγεθος ενός δωματίου. Επομένως, σε όλα τα UPS, οι μπαταρίες κατασκευάζονται για χαμηλή τάση. Ο μετατροπέας, μετατρέποντάς τον σε ημιτονοειδές, αυξάνει ταυτόχρονα αυτή την τιμή στην ονομαστική τάση δικτύου.

Ένα τέτοιο τροφοδοτικό είναι καλό γιατί πάντα έτοιμο να εργαστεί και να αλλάξει άμεσα. Αλλά εδώ είναι τα κύρια μειονεκτήματά του, τα οποία δεν επιτρέπουν τη χρήση ενός UPS για αδιάλειπτη παροχή ρεύματος σε ένα σπίτι ή μέρος του:

Inverter για αδιάλειπτη παροχή ρεύματος στο σπίτι

Ο μετατροπέας είναι μια λογική εξέλιξη ενός υπολογιστή αδιάλειπτης παροχής ρεύματος, χωρίς τα εγγενή του μειονεκτήματα.

Η αύξηση της χωρητικότητας της μπαταρίας σχετίζεται άμεσα με αυτήν συνολικές διαστάσεις. Η τοποθέτησή του στο περίβλημα του μετατροπέα δεν είναι πρακτική. Ως εκ τούτου, ξεχωρίζει ως μια ανεξάρτητη συσκευή που επιλύει τρεις κύριες εργασίες:

έλεγχος φόρτισης μπαταρίας και τάσης δικτύου.
Εναλλαγή πηγών τροφοδοσίας·
μετατροπή της τάσης της μπαταρίας σε 220 V AC.

Το κύριο χαρακτηριστικό του μετατροπέα είναι το εξουσία. Αλλά κατά την επιλογή του, λαμβάνεται υπόψη μια απόχρωση. Έχουμε ήδη πει ότι το UPS δεν μπορεί να λειτουργήσει με υπερφόρτωση. Το ίδιο ισχύει και για τον μετατροπέα. Εάν ένα ψυγείο, ηλεκτρικοί κινητήρες αντλιών λέβητα θέρμανσης σχεδιάζονται ως μέρος του φορτίου, τότε λαμβάνονται υπόψη τα ρεύματα εκκίνησης τους. Κατά τη στιγμή της εκκίνησης, οι ηλεκτροκινητήρες καταναλώνουν ρεύμα 3-5 φορές υψηλότερο από το ονομαστικό. Εάν το συνολικό ρεύμα φορτίου όταν είναι ενεργοποιημένο το ψυγείο υπερβαίνει το ονομαστικό ρεύμα του μετατροπέα, η προστασία θα το απενεργοποιήσει.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό του μετατροπέα, στο οποίο αξίζει να εστιάσουμε, είναι η ποιότητα της μετατροπής του συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Η τάση στο δίκτυο αλλάζει στο χρόνο σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο. Καμία οικιακή συσκευή ημιαγωγών δεν θα παράγει ημιτονοειδή τάση έτσι ώστε να επαναλαμβάνει ακριβώς την τάση δικτύου. Η τάση εξόδου δεν αλλάζει ομαλά, αλλά διακριτικά, σε βήματα. Όσο πιο συχνά συμβαίνει αυτή η αλλαγή (υψηλότερη συχνότητα δειγματοληψίας), τόσο ακριβέστερα το παραγόμενο σήμα επαναλαμβάνει το ημιτονοειδές.

Αλλά μια αύξηση του ποσοστού δειγματοληψίας οδηγεί σε αύξηση του κόστους της συσκευής. Και η μορφή κλιμακωτής τάσης είναι απαράδεκτη για τη λειτουργία ηλεκτρικών κινητήρων και ορισμένων συσκευών ημιαγωγών. Τέτοιοι μετατροπείς, οι οποίοι παράγουν τα λεγόμενα τροποποιημένο ημιτονοειδές, χρησιμοποιούνται μόνο για την τροφοδοσία ενεργού φορτίου: θερμαντικά στοιχεία, λαμπτήρες πυρακτώσεως. Για συσκευές που είναι κρίσιμες για το σχήμα της τάσης τροφοδοσίας, θα πρέπει να αγοράσετε έναν πιο ακριβό μετατροπέα.

Η επιλογή των μπαταριών για τον μετατροπέα

Οι μπαταρίες για μετατροπέα πωλούνται χωριστά. Αλλά εδώ υπάρχει ένα χαρακτηριστικό: οι μπαταρίες είναι όξινες ή αλκαλικές. Έχουν διαφορετικές αρχές φόρτισης, επομένως κάθε μετατροπέας είναι κατάλληλος μόνο για λειτουργία με συγκεκριμένο τύπο μπαταρίας. Διαφορετικά, θα καθορίσει λανθασμένα τον βαθμό φόρτισης των μπαταριών και θα τις φορτίσει.

Η χρήση μπαταριών αυτοκινήτου ως μέρος μετατροπέων δεν δικαιολογείται. Αν και είναι σε θέση να αποδώσουν ισχυρό παλμό ρεύματος για μικρό χρονικό διάστημα (σε ένα αυτοκίνητο αυτό είναι απαραίτητο για να λειτουργήσει η μίζα), δεν ανέχονται βαθιές εκκενώσεις. Και οι εκκενώσεις είναι αναπόφευκτες κατά τη μακροχρόνια λειτουργία του μετατροπέα. Επομένως, ο πόρος τέτοιων μπαταριών στα συστήματα τροφοδοσίας είναι περιορισμένος.

Για εργασία με μετατροπείς βέλτιστης εφαρμογής γέληή υαλοβάμβακαμπαταρίες. Κατασκευάζονται σύμφωνα με ειδική τεχνολογίακαι είναι σε θέση να μεταφέρουν επανειλημμένα βαθιές εκκενώσεις χωρίς απώλειες. Και πάλι: ο φορτιστής μετατροπέα πρέπει να υποστηρίζει τη λειτουργία φόρτισης τέτοιων μπαταριών.

Όταν επιλέγετε τη χωρητικότητα της μπαταρίας, προχωρήστε από επιθυμητή διάρκεια ζωής της μπαταρίαςσυσκευές (Τ). Είναι εύκολο να το υπολογίσετε, γνωρίζοντας την χωρητικότητα (C), την ισχύ του προγραμματισμένου φορτίου (P) και την τάση της μπαταρίας (U):

Παράδειγμα υπολογισμού διάρκειας ζωής μπαταρίας
Τάση μπαταρίας, V	Χωρητικότητα μπαταρίας, Αχ	Χρόνος εργασίας, h
12	55	150	4
12	190	150	15

Οι αριθμοί στην τελευταία στήλη δεν είναι εντυπωσιακοί. Και το κόστος των μετατροπέων και των μπαταριών για αυτούς δεν είναι τόσο μικρό.

Λοιπόν έχει νόημα ένας μετατροπέας;

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μετατροπέων

Μια εναλλακτική λύση για τους μετατροπείς είναι οι γεννήτριες ντίζελ ή βενζίνης. Επομένως, θα εντοπίσουμε τα πλεονεκτήματά τους συγκρίνοντάς τα με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης. Ας παραθέσουμε μειονεκτήματα των γεννητριών, τα οποία μπορούν να εξαλειφθούν με τη βοήθεια μετατροπέων:

την ανάγκη κατασκευής ξεχωριστού δωματίου με εξαερισμό και θέρμανση το χειμώνα.
αποθήκευση αποθεμάτων καυσίμου (και για κινητήρα ντίζελ - αντικατάσταση καλοκαιρινού καυσίμου με χειμερινό καύσιμο όταν επικρατεί κρύος καιρός).
θόρυβος στην εργασία, που προκαλεί ταλαιπωρία όχι μόνο στους ιδιοκτήτες, αλλά και στους γείτονες.
η ανάγκη για περιοδική συντήρηση (έλεγχος της στάθμης λαδιού, αντικατάσταση κεριών, φίλτρων).
χειροκίνητη εκκίνηση, την ανάγκη ελέγχου των παραμέτρων κατά τη λειτουργία.

Ο μετατροπέας δεν απαιτεί ξεχωριστό χώρο, δεν δημιουργεί θόρυβο κατά τη λειτουργία (η λειτουργία των ανεμιστήρων ψύξης δεν μετράει). Δεν απαιτείται παρέμβαση χρήστη στη διαδικασία. Όταν η μπαταρία αποφορτιστεί (η τάση της μπαταρίας πέφτει στο ελάχιστο δυνατό επίπεδο), η συσκευή θα απενεργοποιηθεί μόνη της και θα παγώσει, περιμένοντας να επανέλθει η τάση του δικτύου. Στη συνέχεια, θα φορτίσει την μπαταρία και θα περιμένει μέχρι να μπορέσει να είναι ξανά χρήσιμη.

Και η αυτόματη εναλλαγή από το ηλεκτρικό δίκτυο στην τροφοδοσία μπαταρίας είναι μαγευτική. Αλλά σύντομος χρόνος λειτουργίας μετατροπέα. Ακόμα κι αν μειώσετε το φορτίο στο ελάχιστο δυνατό, αργά ή γρήγορα η μπαταρία θα αποφορτιστεί. Το «τέλος του κόσμου» καθυστερεί αλλά αναπόφευκτο.

Επομένως, όταν αποφασίζετε τι να χρησιμοποιήσετε για την παροχή ρεύματος έκτακτης ανάγκης μιας κατοικίας - μιας γεννήτριας ή ενός μετατροπέα, λαμβάνεται υπόψη ένα σύνολο παραγόντων.

Μετατροπέας ή γεννήτρια;

Να ξεκινήσω συλλογή στατιστικών στοιχείωνγια το πόσο συχνά και για πόσο καιρό η τάση εξαφανίζεται σε μια πόλη ή χωριό. Εάν αυτά τα γεγονότα συμβαίνουν πολύ σπάνια, τότε δεν έχει νόημα να αγοράσετε μια γεννήτρια, να χτίσετε ένα ξεχωριστό δωμάτιο για αυτό, όπου θα παραμείνει αδρανές να περιμένει στα φτερά.

Επειτα προσδιορίζει τη συνολική ισχύ των ηλεκτρικών συσκευών, τα οποία σχεδιάζεται να τροφοδοτούνται από μετατροπέα σε λειτουργία έκτακτης ανάγκης. Δεν έχει νόημα να συμπεριλάβουμε σε αυτή τη λίστα τον φωτισμό εξωτερικού χώρου και υπογείου και αν υπάρχουν τρεις τηλεοράσεις στο σπίτι, μία είναι αρκετή. Για να εξοικονομήσουν χρήματα, δωρίζουν εκείνες τις ηλεκτρικές συσκευές χωρίς τις οποίες μπορείτε να επιβιώσετε μια ή δύο μέρες. Τα υπόλοιπα, σε περίπτωση διακοπής ρεύματος, θα πρέπει να αποσυνδεθούν χειροκίνητα από το δίκτυο ή θα πρέπει να παρέχεται αυτοματισμός για το σκοπό αυτό.

Αλλά από την άλλη, λαμβάνουν υπόψη το σύστημα παροχής θερμότητας (λέβητας θέρμανσης), εάν υπάρχει. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα ρεύματα εκκίνησης των ηλεκτροκινητήρων του, είναι πιθανό να πρέπει να ξεκινήσει όταν το σπίτι τροφοδοτείται από έναν μετατροπέα.

Και μην ξεχνάτε το κύριο πράγμα - το ψυγείο με το ρεύμα εκκίνησης του, αν είναι συμπιεστής. Προσθέστε επίσης στη λίστα έναν φούρνο μικροκυμάτων ή μια ηλεκτρική κουζίνα, έναν ηλεκτρικό βραστήρα.

Σύμφωνα με τη συνολική ισχύ φορτίου επιλέξτε μοντέλο μετατροπέα, λαμβάνοντας επιπλέον υπόψη την ποιότητα της ημιτονοειδούς τάσης που θα παράγει.

Επειτα επιλέγονται οι μπαταρίεςλαμβάνοντας υπόψη τον επιθυμητό χρόνο λειτουργίας του μετατροπέα για το προηγουμένως υπολογισμένο φορτίο. Και εδώ χρειάζεται μια λογική προσέγγιση. Αν τα οικονομικά δεν είναι αρκετά, τότε θα πρέπει να σκεφτείτε εκ των προτέρων τι μπορείτε να δωρίσετε. Στην πρώτη γραμμή βρίσκονται εκείνα τα φορτία που απαιτούν συνεχή εργασία: ψυγείο, λέβητας, συσκευές θέρμανσης. Οι υπολογιστές και η τηλεόραση θα πρέπει να απενεργοποιηθούν κάποια στιγμή για να διαρκέσει περισσότερο η μπαταρία του μετατροπέα.

Μένει να αθροιστούν οι τιμές, παίρνοντας το συνολικό ποσό. Και κάνε το ίδιο υπολογισμός για το σετ γεννήτριας. Και εδώ, μπορείτε να εξοικονομήσετε χρήματα: με σπάνιες διακοπές από το δίκτυο, δεν είναι καθόλου απαραίτητο να χτίσετε ένα δωμάτιο για αυτό. Μπορείτε να το αποθηκεύσετε στον αχυρώνα και, εάν χρειάζεται, να το βγάλετε έξω και να το συνδέσετε στο δίκτυο χρησιμοποιώντας εύκαμπτο καλώδιοκαι αποσπώμενη σύνδεση. Φροντίστε να προσθέσετε στη λίστα τα ανταλλακτικά που απαιτούνται για τη συντήρηση της εγκατάστασης κατά τη διάρκεια ζωής του εναλλακτικού μετατροπέα. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος για να υπολογιστεί το οικονομικό αποτέλεσμα και όχι το αρχικό κόστος αγοράς εξοπλισμού. Ο μετατροπέας δεν απαιτεί πρόσθετες επενδύσεις σε όλη τη διάρκεια ζωής του, αλλά ο κινητήρας εσωτερικής καύσης χρειάζεται πάντα συντήρηση.

Τώρα συγκρίνουμε τα ποσά που προκύπτουν και παίρνουμε μια απόφαση. Και θυμήσου: Πρέπει πάντα να πληρώνεις για την άνεση. Το αν είστε έτοιμοι για αυτό ή όχι εξαρτάται από εσάς.

Μετατροπείς Thyristor - πρόκειται για συσκευές που λειτουργούν με αυτόνομο φορτίο και έχουν σχεδιαστεί για να μετατρέπουν την τάση DC σε εναλλασσόμενη τάση δεδομένης ή ρυθμιζόμενης συχνότητας. με αναστροφή καλούμε τη διαδικασία μετατροπής της ενέργειας συνεχούς ρεύματος σε ενέργεια εναλλασσόμενου ρεύματος (Εικ. 1).

Εικ.1 Διάγραμμα συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος.

Εφαρμογή:

1. Σε συστήματα τροφοδοσίας για καταναλωτές εναλλασσόμενου ρεύματος, όταν η μόνη πηγή τροφοδοσίας είναι μια πηγή τάσης συνεχούς ρεύματος (για παράδειγμα: μπαταρία ή ηλιακή μπαταρία).

2. Σε συστήματα εγγυημένης παροχής ρεύματος σε περίπτωση διακοπής ρεύματος (π.χ.: για προσωπικές ανάγκες σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, υπολογιστών).

3. Για ρύθμιση συχνότητας των στροφών ασύγχρονων κινητήρων.

4. Προμήθεια καταναλωτών εναλλασσόμενου ρεύματος από γραμμές ρεύματος συνεχούς ρεύματος.

5. Σε μετατροπείς μετατροπής σταθερής τάσης μιας τιμής σε σταθερή τάσης άλλης τιμής.

Τα στοιχεία μεταγωγής στους μετατροπείς είναι θυρίστορ ή τρανζίστορ ισχύος.

Οι μετατροπείς χωρίζονται σε:

1. Αυτόνομοι μετατροπείς και μετατροπείς συχνότητας.

2. Μετατροπείς δικτύου.

Αυτόνομοι μετατροπείς και μετατροπείς συχνότητας.

Αυτόνομοι μετατροπείς - πρόκειται για συσκευές που μετατρέπουν το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα με σταθερή ή ρυθμιζόμενη συχνότητα και λειτουργούν με αυτόνομο φορτίο. Σε αντίθεση με τους μετατροπείς που λειτουργούν μέσω δικτύου, ο αυτόνομος μετατροπέας AC-side δεν έχει άλλη πηγή ενέργειας της ίδιας συχνότητας εκτός από τον ίδιο τον μετατροπέα.

Μετατροπείς συχνότητας - Πρόκειται για συσκευές που μετατρέπουν το εναλλασσόμενο ρεύμα μιας συχνότητας σε εναλλασσόμενο ρεύμα μιας άλλης συχνότητας.

Προς την αυτόνομους μετατροπείς και μετατροπείς συχνότητας, που εργάζονται σε μια συγκεκριμένη εγκατάσταση, ισχύουν οι ακόλουθες απαιτήσεις:

1) εξασφάλιση της μέγιστης απόδοσης.

2) την ελάχιστη εγκατεστημένη χωρητικότητα μεμονωμένων κόμβων και στοιχείων.

3) η δυνατότητα ευρείας ρύθμισης της τάσης εξόδου.

4) εξασφάλιση της σταθερότητας της τάσης εξόδου κατά την αλλαγή του μεγέθους και της φύσης του φορτίου, καθώς και της τάσης εισόδου.

5) παροχή ημιτονοειδούς ή σχεδόν ημιτονοειδούς καμπύλης τάσης εξόδου.

6) η δυνατότητα ρύθμισης εντός ορισμένων ορίων της συχνότητας εξόδου, η οποία είναι πρωτίστως απαραίτητη στις εγκαταστάσεις της ηλεκτρικής κίνησης της βαλβίδας.

7) η απουσία αστοχιών αναστροφής κατά τη διάρκεια υπερφόρτωσης.

8) η ικανότητα εργασίας σε κατάσταση αδράνειας.

9) εξασφάλιση μέγιστης αξιοπιστίας και σταθερότητας. Φυσικά, οι απαιτήσεις για αυτόνομα κυκλώματα μετατροπέα εξαρτώνται από τον συγκεκριμένο σκοπό του μετατροπέα. Να γιατί καλύτερη επιλογήΤα κυκλώματα μετατροπέα πρέπει να επιλέγονται λαμβάνοντας υπόψη τον τρόπο λειτουργίας των φορτίων που τροφοδοτούνται από αυτό.

Οι αυτόνομοι μετατροπείς μπορούν να ταξινομηθούνσύμφωνα με τα ακόλουθα κύρια χαρακτηριστικά:

1) σύμφωνα με το σχήμα μετατροπής.

2) σύμφωνα με τη μέθοδο μεταγωγής (κλείδωμα).

3) σύμφωνα με τη μέθοδο διαχείρισης.

4) από τη φύση της ροής των ηλεκτρομαγνητικών διεργασιών.

Υπάρχουν τα ακόλουθα κύρια σχήματα μετατροπής:

1) μονοβαλβίδα (Εικ. 2.1, ένα);

2) μονοφασική με μηδενική έξοδο (Εικ. 2.1, σι);

3) μονοφασική με μηδενική έξοδο της πηγής ισχύος (Εικ. 2.1, σε);

4) μονοφασική γέφυρα (Εικ. 2.1, δ).

5) τριφασική γέφυρα (Εικ. 2.1, μι);

6) τριφασικό με μηδενική έξοδο (Εικ. 2.1, μι).

Όλα τα άλλα σχήματα είναι παράγωγα των αναφερόμενων ομάδων. Τα κυκλώματα γεφυρών είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα στην τεχνολογία μετατροπέων. Σύμφωνα με τη μέθοδο μεταγωγής, οι αυτόνομοι μετατροπείς μπορούν να χωριστούν σε διάφορες ομάδες.

Ρύζι. 2.1. Σχέδια μετατροπής

Μετατροπείς με ατομική μεταγωγή.Η διάταξη μεταγωγής του μετατροπέα χρησιμεύει για το κλείδωμα ενός θυρίστορ (βραχίονας βαλβίδας) του μετατροπέα. Αυτός ο τύπος μετατροπέα περιλαμβάνει μετατροπείς που βασίζονται σε πλήρως ελεγχόμενες πύλες - θυρίστορ δύο λειτουργιών και τρανζίστορ ισχύος.

Μετατροπείς με εναλλαγή φάσης.Η διάταξη μεταγωγής του μετατροπέα χρησιμοποιείται για την εναλλακτική ασφάλιση των θυρίστορ δύο βραχιόνων βαλβίδων που ανήκουν σε μία φάση του μετατροπέα.

Μετατροπείς ομαδικής μεταγωγής.Σε τέτοιους μετατροπείς, χρησιμοποιείται μια ξεχωριστή συσκευή μεταγωγής για την ασφάλιση όλων των βραχιόνων βαλβίδων μιας ομάδας (άνοδος ή κάθοδος).

Κοινοί μετατροπείς μεταγωγής.Η διάταξη μεταγωγής είναι κοινή σε όλους τους βραχίονες βαλβίδων του μετατροπέα. Η διάταξη μεταγωγής του μετατροπέα περιέχει έναν πυκνωτή μεταγωγής.

Μετατροπείς μεταγωγής βαλβίδας σε πύλη.Σε τέτοιους μετατροπείς, το κλείδωμα κάθε θυρίστορ που λειτουργεί συμβαίνει όταν ξεκλειδωθεί το επόμενο θυρίστορ της σειράς λειτουργίας μιας άλλης φάσης, αλλά της ίδιας ομάδας.

Μετατροπείς μεταγωγής φάσης σε φάση.Η διάταξη μεταγωγής του μετατροπέα χρησιμοποιείται για εναλλακτικό κλείδωμα δύο θυρίστορ διαφορετικών φάσεων.

Σύμφωνα με τη μέθοδο ελέγχου, οι μετατροπείς χωρίζονται σε μετατροπείς με αυτοδιέγερση και με εξωτερική (ανεξάρτητη) διέγερση.

Σε μετατροπείς με αυτοδιέγερση, οι παλμοί ελέγχου που εφαρμόζονται στα θυρίστορ σχηματίζονται από την τάση εξόδου του μετατροπέα. Η συχνότητα της τάσης εξόδου καθορίζεται από τις παραμέτρους του φορτίου.

Σε μετατροπείς με ανεξάρτητη διέγερση, οι παλμοί ελέγχου παράγονται από μια εξωτερική γεννήτρια, η οποία ρυθμίζει τη συχνότητα της τάσης εξόδου. Λόγω του γεγονότος ότι η συχνότητα της τάσης εξόδου δεν εξαρτάται από τις παραμέτρους του φορτίου, αυτός ο τύπος μετατροπέα είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος στην τεχνολογία μετατροπέων.

Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της ροής των ηλεκτρομαγνητικών διεργασιών, οι αυτόνομοι μετατροπείς μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριους τύπους: μετατροπείς ρεύματος(Εικ. 2.2, α). μετατροπείς τάσης(Εικ. 2.2, γ); μετατροπείς συντονισμού(Εικ. 2.2, ε).

Για τους μετατροπείς ρεύματος, είναι χαρακτηριστικό ότι σχηματίζουν ρεύμα στο φορτίο ( Εγώέξω) και το σχήμα και η φάση της τάσης εξαρτώνται από τις παραμέτρους του φορτίου.

Η πηγή συνεχούς ρεύματος λειτουργεί στη λειτουργία μιας γεννήτριας ρεύματος, για την οποία κύκλωμα εισόδουο αντιδραστήρας ανάβει L dμε υψηλή αυτεπαγωγή. Επιπλέον, ο αντιδραστήρας L dεκτελεί τις λειτουργίες ενός φίλτρου υψηλότερων αρμονικών τάσεων, καθώς η διαφορά μεταξύ της σταθερής τάσης της πηγής ισχύος και της παλμικής τάσης στην είσοδο του μετατροπέα εφαρμόζεται σε αυτό ανά πάσα στιγμή. αποτρέπει την εκφόρτιση του πυκνωτή στην πηγή ισχύος κατά την εναλλαγή του ρεύματος στα θυρίστορ και παρέχει έναν απεριοδικό τρόπο λειτουργίας του μετατροπέα, που χαρακτηρίζεται από μικρές κυματισμούς του ρεύματος εισόδου. Πρέπει να σημειωθεί ότι όταν ο μετατροπέας τροφοδοτείται από πηγές με χαρακτηριστικά κοντά στην πηγή ρεύματος, το πηνίο L dμπορεί να λείπει.

Ο μετατροπέας ρεύματος πρέπει να παρέχει έναν τρόπο λειτουργίας στον οποίο διατηρείται μια αρνητική τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου του κλειστού θυρίστορ για κάποιο χρονικό διάστημα, κάτι που είναι απαραίτητο για την αποκατάσταση των ιδιοτήτων μπλοκαρίσματος του θυρίστορ. Αυτή τη φορά t off ονομάζεται χρόνος κλειδώματος (Εικ. 2.2, σι).

Με την ενεργό-επαγωγική φύση του καταναλωτή, το ισοζύγιο άεργου ισχύος παρέχεται από πυκνωτές μεταγωγής και αντιστάθμισης. Οι πυκνωτές σε σχέση με το φορτίο μπορούν να συνδεθούν παράλληλα, σε σειρά, σε σειρά-παράλληλα.

Οι μετατροπείς ρεύματος χαρακτηρίζονται από ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ πυκνωτών μεταγωγής και αντιστάθμισης που περιλαμβάνονται σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, αντιδράσεις κυκλώματος φορτίου και τσοκ L dστο κύκλωμα εισόδου.

Στην κατάσταση αδράνειας, ο μετατροπέας ρεύματος δεν λειτουργεί λόγω της αύξησης του πλάτους της αντίστροφης και της μπροστινής τάσης στα θυρίστορ. Όταν είναι υπερφορτωμένο, το έργο του είναι δύσκολο λόγω ανεπαρκούς χρόνου για την αποκατάσταση των ιδιοτήτων ασφάλισης των θυρίστορ. Οι μετατροπείς ρεύματος έχουν τάση εξόδου κοντά σε ημιτονοειδείς, σχετικά μικρούς κυματισμούς ρεύματος εισόδου, τη δυνατότητα να αντιστρέφουν την κατεύθυνση της ροής ισχύος χωρίς να αλλάζουν την κατεύθυνση του ρεύματος (κατά τη μετάβαση στη λειτουργία ανορθωτή). Το εξωτερικό χαρακτηριστικό του τρέχοντος μετατροπέα είναι μαλακό.

Ρύζι. 2.2. Κύκλωμα γέφυρας μετατροπέα μονοφασικού ρεύματος ( ένα) και μετατροπέας τάσης ( σε) διαγράμματα χρόνου του ρεύματος και της τάσης στην έξοδο του μετατροπέα ρεύματος ( σι), μετατροπέας τάσης ( σολ) και μετατροπέα συντονισμού ( ρε) με ενεργό-επαγωγικό φορτίο

Οι μετατροπείς τάσης σχηματίζουν τάση στο φορτίο και το σχήμα και η φάση του ρεύματος εξαρτώνται από τη φύση του φορτίου. Το τροφοδοτικό του μετατροπέα τάσης λειτουργεί στη λειτουργία γεννήτριας τάσης. Εάν ο μετατροπέας τροφοδοτείται από ανορθωτή, τότε τοποθετείται στην είσοδό του ένας πυκνωτής επαρκούς χωρητικότητας για να διασφαλιστεί η αγωγιμότητα της πηγής τάσης DC προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτό είναι απαραίτητο όταν το φορτίο περιέχει αντιδραστικά στοιχεία οποιουδήποτε τύπου. Μέσω αντίστροφου ανορθωτή (Δ1...Δ4)ανταλλάσσεται ενέργεια μεταξύ των ηλεκτροκινητήρων που αποτελούν μέρος του φορτίου και της πηγής ισχύος ή του πυκνωτή Από 0, και σε πολυφασικούς μετατροπείς - επίσης ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ φάσεων φορτίου. Πυκνωτής Από 0εκτελεί τις λειτουργίες ενός φίλτρου υψηλότερων αρμονικών ρευμάτων, αφού η διαφορά μεταξύ της εξόδου και του σταθερού ρεύματος εισόδου μέσα σε μισούς κύκλους ρέει μέσα από αυτό. Ο μετατροπέας τάσης μπορεί να λειτουργήσει σε κατάσταση αδράνειας. Η απόδοση ενός μετατροπέα τάσης σε λειτουργία κοντά σε βραχυκύκλωμα καθορίζεται από τις ιδιότητες μεταγωγής των πλήρως ελεγχόμενων βαλβίδων ή την υιοθετηθείσα μέθοδο μεταγωγής και τις παραμέτρους των στοιχείων μεταγωγής των συμβατικών θυρίστορ. Οι μετατροπείς τάσης είναι λειτουργικοί, έχουν μικρές αλλαγές στο σχήμα της καμπύλης και στο μέγεθος της τάσης εξόδου όταν η συχνότητα εξόδου αλλάζει σε μεγάλο εύρος. Οι διαδικασίες μεταγωγής σε αυτά έχουν μικρή επίδραση στο σχήμα της καμπύλης τάσης εξόδου και η εγκατεστημένη ισχύς των στοιχείων μεταγωγής είναι σχετικά μικρή. Το εξωτερικό χαρακτηριστικό του μετατροπέα τάσης είναι άκαμπτο.

Οι κύριοι τομείς εφαρμογής των μετατροπέων ρεύματος και των μετατροπέων τάσης είναι: σταθεροποιημένοι μετατροπείς συχνότητας ως προς τις παραμέτρους εξόδου. δευτερεύοντα τροφοδοτικά AC. εγκαταστάσεις του ηλεκτροκινητήρα ελεγχόμενης συχνότητας.

Στους μετατροπείς συντονισμού, το φορτίο, το οποίο, κατά κανόνα, έχει σημαντική επαγωγή, σχηματίζει ένα κύκλωμα ταλάντωσης με συντονισμό τάσης με τα αντιδραστικά στοιχεία του κυκλώματος του μετατροπέα. Η απενεργοποίηση των θυρίστορ του μετατροπέα συμβαίνει λόγω της ομαλής πτώσης στο μηδέν του ρεύματος ανόδου του θυρίστορ (ρεύμα του κυκλώματος ταλάντωσης) σε κάθε μισό κύκλο (Εικ. 2.2, μι).Η φυσική συχνότητα του κυκλώματος στους μετατροπείς συντονισμού πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση με τη συχνότητα λειτουργίας του μετατροπέα. Οι πυκνωτές που αποτελούν μέρος του ταλαντευτικού κυκλώματος μπορούν να συνδεθούν σε σειρά με το φορτίο, παράλληλα με αυτό ή σε σειρά-παράλληλα, και τσοκ - στο κύκλωμα ρεύματος εισόδου, στα κυκλώματα ανόδου των βαλβίδων ή σε σειρά με το φορτίο.

Οι μετατροπείς συντονισμού χαρακτηρίζονται από εντατική ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ των ηλεκτροκινητήρων που αποτελούν μέρος του κυκλώματος. Οι μετατροπείς συντονισμού μπορούν να τροφοδοτηθούν από πηγές που λειτουργούν στη λειτουργία γεννήτριας π.χ. δ.σ. ή ρεύμα. Μετατροπείς που τροφοδοτούνται από γεννήτρια π. κ.λπ., ονομάζονται μετατροπείς με ανοιχτή είσοδο και αυτοί που τροφοδοτούνται από γεννήτρια ρεύματος καλούνται με κλειστή είσοδο.

Οι μετατροπείς συντονισμού έχουν τάση και ρεύμα στο φορτίο κοντά στο ημιτονοειδές, ομαλή αύξηση (στα περισσότερα κυκλώματα χωρίς διόδους flyback) και μείωση του ρεύματος μέσω των βαλβίδων, γεγονός που εξασφαλίζει χαμηλές απώλειες ισχύος μεταγωγής στις τελευταίες. Συνιστάται η χρήση αυτού του τύπου μετατροπέων σε υψηλές συχνότητες της τάσης εξόδου (μονάδες kHz, δεκάδες kHz).

Πρέπει να τονιστεί ότι συγκεκριμένα σχήματα αυτόνομων μετατροπέων συχνά έχουν ταυτόχρονα σημάδια διαφορετικών ομάδων ταξινόμησης, ανάλογα με την αναλογία των παραμέτρων, τον τρόπο λειτουργίας κ.λπ.

Μετατροπείς δικτύου.

Slave Inverters(VI) εργασία για ένα δίκτυο στο οποίο υπάρχουν άλλες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας. Οι βαλβίδες μεταγωγής σε αυτές πραγματοποιούνται λόγω της ενέργειας αυτού του δικτύου. Η συχνότητα στην έξοδο του VI είναι ίση με τη συχνότητα του δικτύου και η τάση είναι ίση με την τάση του δικτύου.

Αρχή λειτουργίας του μετατροπέα δικτύου,μπορεί να φανεί στο παράδειγμα της λειτουργίας του απλούστερου μονοφασικός μετατροπέας φαίνεται στο σχ. 3, ένα.Το κύκλωμα περιέχει μια πηγή σταθερού ανεστραμμένου e . δ.σ. U d. σειρά στην οποία περιλαμβάνεται το θυρίστορ ΣΤΟ,γκάζι L dκαι μετασχηματιστή εξόδου Tr. Πρωτογενές τύλιγμα Trσυνδεδεμένο σε δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος που δημιουργεί τάση στο δευτερεύον τύλιγμα u 2. Σε σχέση με το θυρίστορ ΣΤΟαυτή η τάση αλλάζει περιοδικά πρόσημο, αθροίζοντας την τάση σε ένα μέρος της περιόδου U dστο άλλο - αφαιρώντας από αυτό. Σε σχέση με το ανεστραμμένο θυρίστορ τάσης ΣΤΟπάντα ενεργοποιημένο στην αγώγιμη κατεύθυνση.

Η ενέργεια μεταφέρεται από τον μετατροπέα στο δίκτυο AC όταν οι κατευθύνσεις του ανεστραμμένου ρεύματος εγώ Βκαι εναλλασσόμενη τάση u 2; απέναντι, δηλαδή όταν u 2και U dμετρητής.

Η διαδικασία μετατροπής είναι δυνατή εάν U 2m >U d .Για να αναστρέψετε, είναι απαραίτητο να ξεκλειδώσετε το θυρίστορ μέχρι τη στιγμή Ο 1 όταν η τάση ανόδου είναι ακόμη μεγαλύτερη από το μηδέν. Αυτό ισχύει για όλες τις γωνίες ελέγχου r< < 0 , όπου r είναι η οριακή γωνία ελέγχου στην οποία επιτυγχάνεται ο περιοριστικός τρόπος λειτουργίας του μετατροπέα.

Ρύζι. 3 Σχέδια μονοφασικού (α) και διφασικού (γ) μετατροπέα που κινούνται από το δίκτυο. χρονοδιαγράμματα ρευμάτων και τάσεων (β, δ), μια οικογένεια χαρακτηριστικών εισόδου μετατροπέα (ε).

Παραμελώντας τις απώλειες στο κύκλωμα, μπορούμε να γράψουμε

όπου XD -αντίδραση βρόχου.

Από την εξίσωση προκύπτει ότι ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος εγώ Βθα είναι ευθέως ανάλογη της διαφοράςU d -u 2.

Εάν , , τρέχον εγώ Βαυξάνεται (Εικ. 3β). Στο U d -u 2 = 0 εγώ Βφτάνει το μέγιστο σε U d -u 2 < 0 εγώ Βμειώνεται και διατηρείται από την ενέργεια που αποθηκεύεται στην επαγωγή του επαγωγέα L d. Η διάρκεια του θυρίστορ μετά το σημείο Ο 1 καθορίζεται από το χρόνο κατά τον οποίο αυτή η ενέργεια θα διασκορπιστεί. Η ποσότητα της συσσωρευμένης ενέργειας είναι ανάλογη των περιοχών S1και S2, και διάσπαρτα - S 1'και S2'. Επομένως, η διακοπή του ρεύματος στο κύκλωμα του μετατροπέα θα καθοριστεί από τη στιγμή που, για μια δεδομένη γωνία ελέγχου, και οι δύο περιοχές ( S1και S 1'ή S2και S2') γίνονται ίσοι μεταξύ τους.

Κατά την αλλαγή της γωνίας ελέγχου προς την κατεύθυνση της μείωσής της, η περιοχή S1θα αυξάνεται συνεχώς. Αντίστοιχα, η έκταση θα πρέπει επίσης να αυξηθεί. S 1'. Ωστόσο, η ανάπτυξη αυτής της περιοχής στις αναγραφόμενες τιμές U 2Μκαι U dπεριορίζεται σε ένα τμήμα ενός ημιτονοειδούς Ο 1…Ο 1". Μόλις εξαντληθεί ολόκληρο το απόθεμα αυτής της περιοχής, το θυρίστορ, μόλις ενεργοποιηθεί, δεν θα μπορεί πλέον να απενεργοποιηθεί και από το σημείο Ο 1'Το ρεύμα του θα αρχίσει να αυξάνεται ξανά υπό την επίδραση της τάσης U d -u 2> 0, ο μετατροπέας θα μεταβεί σε λειτουργία βραχυκυκλώματος. Τελεία Ο 1',που καθορίζει το όριο της σταθερής λειτουργίας του μετατροπέα, ονομάζεται όριο,

Η απώλεια σταθερότητας από τον μετατροπέα (rollover) σε πραγματικούς μετατροπείς συμβαίνει νωρίτερα από ό,τι καθορίζεται από το σημείο Ο 1", αφού για να αποκατασταθούν οι ιδιότητες κλειδώματος του θυρίστορ μετά την απενεργοποίησή του, απαιτείται ένα ορισμένο χρονικό διάστημα () για την απορρόφηση των ηλεκτρικών φορτίων στο Π-n-μεταβάσεις. Επομένως, σε ένα πραγματικό κύκλωμα μετατροπέα, το θυρίστορ πρέπει να σβήσει νωρίτερα κατά γωνία από την επίτευξη του σημείου Ο 1", και αυτή η προώθηση πρέπει πάντα να αντιστοιχεί στον πιο βαρύ τρόπο λειτουργίας του θυρίστορ, στον οποίο = max .

Μια παρόμοια εικόνα μπορεί να ληφθεί εάν = const, a U d= var.

Το εξεταζόμενο κύκλωμα περιέχει τα ίδια στοιχεία με έναν ελεγχόμενο ανορθωτή που λειτουργεί στο counter-e. δ.σ. Ωστόσο, ο ρόλος του αντι-ε. δ.σ. σε λειτουργία μετατροπέα όχι U d ,και εναλλασσόμενη τάση. Για να συμβεί αυτό, είναι απαραίτητο να αλλάξετε το σήμα κατά τη μετάβαση από τον ανορθωτή στη λειτουργία μετατροπέα U dκαι αυξήστε τη γωνία ελέγχου πέρα από το όριο.

Η σχέση μεταξύ των κύριων παραμέτρων του κυκλώματος δεν αλλάζει και, επομένως, ο τρόπος λειτουργίας του μετατροπέα θα περιγραφεί με τις ίδιες εξισώσεις με τον τρόπο λειτουργίας του ελεγχόμενου ανορθωτή, με τη διαφορά ότι η πηγή U dενεργεί σε αυτή την περίπτωση όχι ως καταναλωτής, αλλά ως παραγωγός ενεργού ισχύος. Λόγω αυτής της πηγής, καλύπτονται όλες οι απώλειες στον μετατροπέα. Έτσι, δηλώνοντας το δικό σας e. δ.σ. μετατροπέας σε κατάσταση αδράνειας μέσω U dπαίρνουμε:

όπου U x και Uα - απώλειες άεργου και ενεργού τάσης.

Σε έναν μετατροπέα δικτύου, U x >> Uένα. Ο απλούστερος μονοφασικός μετατροπέας ρεύματος έχει πολύ κακή ενεργειακή απόδοση λόγω κακής χρήσης του μετασχηματιστή εξόδου και σημαντικής παραμόρφωσης κυματομορφής ρεύματος και στις δύο πλευρές AC και DC. Για το λόγο αυτό, οι μετατροπείς που λειτουργούν μέσω δικτύου είναι συνήθως πολυφασικοί.

Στο σχ. 3, γ, ζπαρουσιάζεται κύκλωμα μετατροπέα δύο φάσεων και χρονικά διαγράμματα ρευμάτων και τάσεων που εξηγούν τη λειτουργία του.

Επιλογή των απαιτούμενων τμημάτων της τάσης λειτουργίας, στα οποία εξασφαλίζεται η διαδοχική διέλευση ρεύματος από θυρίστορ ΣΕ 1και ΣΤΟ 2μέσα σε καθεμία από τις περιόδους εναλλασσόμενης τάσης, επιτυγχάνεται με την επιλογή της στιγμής ξεκλειδώματος των θυρίστορ με χρήση παλμών ελέγχου. Όταν εφαρμόζεται παλμός ελέγχου στο θυρίστορ ΣΕ 1λίγο πριν την τάση φάσης ΑΛΛΑγίνεται αρνητικό, αυτό το θυρίστορ ξεκλειδώνει και διέρχεται ρεύμα κυρίως σε τάση αρνητικής φάσης ΑΛΛΑ.

Αρνητική τάση αντίστροφης κατεύθυνσης μι 21 ως προς το ρεύμα ανόδου ΕγώΤο 21 υποδεικνύει ότι αυτή η φάση λαμβάνει ισχύ από μια πηγή DC. Αυτή η ισχύς στη διαδικασία του μετασχηματισμού ρεύματος μεταδίδεται μέσω των δευτερευόντων και πρωτευουσών περιελίξεων του μετασχηματιστή στο μονοφασικό δίκτυο ρεύματος. Η ίδια μεταφορά ισχύος συμβαίνει στον επόμενο μισό κύκλο στη φάση ΣΤΟδευτερεύουσα περιέλιξη, όταν μέσα από αυτό και το θυρίστορ ΣΤΟ 2ρέει ρεύμα.

Μετάβαση (εναλλαγή) ρεύματος από το θυρίστορ ΣΕ 1για θυρίστορ ΣΤΟ 2εμφανίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως και στη λειτουργία ανόρθωσης, για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, που ονομάζεται γωνία μεταγωγής .

Ο ρόλος των θυρίστορ κατά την αναστροφή ρεύματος μειώνεται στο ρόλο των διακοπτών που κλείνουν εναλλάξ το κύκλωμα πηγής συνεχούς ρεύματος σε μία από τις δευτερεύουσες περιελίξεις, δηλαδή σε αυτήν που παρέχει την πιο αρνητική τάση σε ένα δεδομένο τμήμα της περιόδου. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί φυσική μεταγωγή του ρεύματος, που χαρακτηρίζεται από τη μετάβαση του ρεύματος από το ένα θυρίστορ στο άλλο, το ξεκλείδωμα του επόμενου θυρίστορ πρέπει να συμβεί με κάποιο ηλεκτρόδιο στην αρχή του αρνητικού μισού κύκλου. Αυτή η απαγωγή στη γωνιακή μέτρηση ονομάζεται γωνία απαγωγής.

Η γωνία προώθησης πρέπει να είναι επαρκής όχι μόνο για να μπορεί να γίνει φυσική εναλλαγή των ρευμάτων θυρίστορ (γωνία), αλλά και έτσι ώστε μετά την αλλαγή των ρευμάτων να παραμένει μια επαρκής γωνία πριν από την εμφάνιση θετικής τάσης, κατά την οποία το θυρίστορ που έχει ολοκλήρωσε το έργο του πρέπει να έχει χρόνο να ανακτήσει τις ιδιότητες ασφάλισής του.

Εάν η γωνία μετά την εναλλαγή είναι μικρότερη από την απαιτούμενη για την αποκατάσταση των ιδιοτήτων μπλοκαρίσματος του θυρίστορ, τότε με την εμφάνιση θετικής τάσης στην άνοδο του θυρίστορ που έχει τελειώσει, ξεκλειδώνεται ξανά και το ρεύμα συνεχίζει να ρέει με ένα θετικό μισό κύκλο της εναλλασσόμενης τάσης, που οδηγεί στην ανατροπή του μετατροπέα.

Ετσι, για κανονική λειτουργίαο μετατροπέας είναι απαραίτητος για να

πού είναι η γωνία απαγωγής (ελέγχου), μετρούμενη από το σημείο τομής των τάσεων φάσης προς την απαγωγή; t voss - ο χρόνος ανάκτησης των ιδιοτήτων ελέγχου του θυρίστορ.

Η αναλογία μεταξύ ρευμάτων και τάσεων για τον υποτελή μετατροπέα μπορεί να ληφθεί από τις αναλογίες για ένα παρόμοιο ελεγχόμενο κύκλωμα ανορθωτή, στο οποίο η τιμή ( - ) αντικαθίσταται.

Η έκφραση για τον υπολογισμό του ρεύματος του μετατροπέα είναι:

Η μέση τιμή της τάσης εισόδου του μετατροπέα (intrinsic back-emf) αθροίζεται από την τάση χωρίς φορτίο και την αύξηση της τάσης κατά τη διάρκεια της περιόδου μεταγωγής:

Η τάση ανοιχτού κυκλώματος καθορίζεται από την έκφραση:

(1)

Η αύξηση της τάσης λόγω του φαινομένου της μεταγωγής είναι:

ή ως συνάρτηση του ρεύματος εισόδου

(2)

Από τις παραστάσεις (1) και (2) παίρνουμε την έκφραση για το χαρακτηριστικό εισόδου του μετατροπέα:

Μπορεί να φανεί από την έκφραση (3) ότι, σε αντίθεση με το εξωτερικό χαρακτηριστικό του ανορθωτή, όπου ο δεύτερος όρος καθορίζει την πτώση του με την αύξηση του ρεύματος, για τον μετατροπέα, ο δεύτερος όρος καθορίζει την άνοδο του χαρακτηριστικού εισόδου. Ενισχύστε την τάση εισόδου U dβ με αυξανόμενο ρεύμα εισόδου I dΤο b οφείλεται στην προσθήκη ενός μαξιλαριού μεταγωγής στην τάση εξόδου του ημιτονοειδούς ανοιχτού κυκλώματος.

Στο σχ. 3, ρεδίνεται η οικογένεια των χαρακτηριστικών εισόδου του μετατροπέα. Τα σημεία εκκίνησης στον άξονα y αντιστοιχούν στην τάση ανοιχτού κυκλώματος. Το ανώτερο όριο των χαρακτηριστικών καθορίζεται από τις τιμές των ρευμάτων στα οποία η γωνία μετά την εναλλαγή σε μια δεδομένη γωνία γίνεται ελάχιστη, δηλαδή μια γωνία επαρκής για την αξιόπιστη αποκατάσταση των ιδιοτήτων μπλοκαρίσματος των θυρίστορ (). σημεία Α'1 ,Α 2, Α 3στα χαρακτηριστικά εισόδου αντιστοιχούν στα περιοριστικά ρεύματα φορτίου I dβ μέγιστες και οριακές τάσεις U d bmax. Προσδιορισμός του περιοριστικού χαρακτηριστικού του μετατροπέα.

Χ Τυπικά χαρακτηριστικά της λειτουργίας μετατροπέα το ακόλουθο:

α) ο μετατροπέας μπορεί να κατασκευαστεί μόνο σε ελεγχόμενες βαλβίδες, καθώς σε αυτές εφαρμόζεται θετική τάση για το μεγαλύτερο μέρος του διαστήματος μη λειτουργίας.

β) η γωνία ανοίγματος a πρέπει να υπερβαίνει τις 90°.

γ) η πολικότητα της τάσης στην πλευρά DC είναι αντίθετη από την πολικότητα των ανορθωτών.

δ) σε όλο το εύρος του ρεύματος φορτίου και της διακύμανσης της τάσης εισόδου, πρέπει να πληρούται η ακόλουθη προϋπόθεση: > + min .

ΑΝΤΟΜΟΙ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΙΣ

αντιστροφέαςονομάζεται συσκευή μετατροπής συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα με σταθερή ή ρυθμιζόμενη τάση και συχνότητα εξόδου. Εάν ο μετατροπέας λειτουργεί σε φορτίο που δεν έχει άλλη πηγή ρεύματος, ονομάζεται αυτόνομος. Οι αυτόνομοι μετατροπείς (AI) χρησιμοποιούνται για την παροχή στους καταναλωτές με εναλλασσόμενο ρεύμα από μπαταρίες ή άλλες πηγές συνεχούς ρεύματος, για ηλεκτρική κίνηση με ρύθμιση συχνότητας, σε συστήματα άμεσης μετατροπής ενέργειας, για παράδειγμα, από κυψέλες καυσίμου, γεννήτριες MHD κ.λπ.

Βασικές απαιτήσεις για AI: μέγιστη απόδοση μετατροπής, ελάχιστοι δείκτες βάρους και μεγέθους και κόστος, δυνατότητα ελέγχου U n και Εγώ έξοδοςσε ένα αρκετά μεγάλο εύρος, παρέχοντας μια δεδομένη μορφή τάσης εξόδου, απουσία διαταραχών σε περίπτωση υπερφόρτωσης και ρελαντί κ.λπ.

Ως στοιχεία μεταγωγής σε αυτόνομους μετατροπείς έχουν χρησιμοποιηθεί τρανζίστορ, συμβατικά και θυρίστορ δύο λειτουργιών. Τα πρώτα χρησιμοποιούνται σε συσκευές σχετικά χαμηλής ισχύος, τα δεύτερα είναι πιο βολικά σε AI τάσης και ρυθμισμένους μετατροπείς. Τα συνηθισμένα θυρίστορ μερικές φορές πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με κυκλώματα εξαναγκασμένης μεταγωγής.

Όλη η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να υποδιαιρεθεί σε διάφορους τύπους. Σύμφωνα με το σχήμα μετατροπής, τα AI διαφέρουν ως προς τον αριθμό των φάσεων, το κύκλωμα ισχύος και ορισμένες άλλες παραμέτρους, οι οποίες θα αναφερθούν παρακάτω. Σύμφωνα με τη μέθοδο των βαλβίδων μεταγωγής, μπορούν να είναι οι εξής:

μετατροπείς, πλήρως ενεργοποιημένοι από κυκλώματα ελέγχου (σε τρανζίστορ και αποθήκες).

μετατροπείς με πυκνωτές μεταγωγής συνδεδεμένους παράλληλα με το φορτίο.

σειριακούς μετατροπείς?

AI με μεταγωγή δύο σταδίων, που επιτρέπει τη ρύθμιση της τάσης εξόδου.

Ωστόσο, η πιο σημαντική διαίρεση των αυτόνομων μετατροπέων σε δύο τύπους είναι οι αυτόνομοι μετατροπείς τάσης (AVI) και το ρεύμα AI (ANT) ανάλογα με τη φύση της πηγής ισχύος και τη σύνδεσή της με το AI (επιπλέον, υπάρχουν συντονισμένοι AI, αλλά είναι σπάνια χρησιμοποιούμενο).

Αυτόνομος μετατροπέας τάσης.

Το AIP δημιουργεί μια εναλλασσόμενη τάση στο φορτίο συνδέοντάς το περιοδικά με μια πηγή τάσης λόγω της εναλλακτικής μεταγωγής των βαλβίδων ανά ζεύγη (Εικ. 1, α).

Το τροφοδοτικό λειτουργεί στη λειτουργία γεννήτριας τάσης (μπαταρία ή ανορθωτής με χωρητικό φίλτρο), ο σκοπός του πυκνωτή θα εξηγηθεί περαιτέρω.

Ρύζι. 1. Αυτόνομος μετατροπέας τάσης (α) και διάγραμμα λειτουργίας του (β)

Οι βαλβίδες πρέπει να είναι πλήρως ελεγχόμενες (DOT) ή κάθε θυρίστορ τροφοδοτείται με κύκλωμα εξαναγκασμένης μεταγωγής. Όταν το κύκλωμα λειτουργεί στο φορτίο, σχηματίζονται ορθογώνιοι παλμοί τάσης (Εικ. 1, β) και το σχήμα του ρεύματος εξαρτάται από τη φύση του. Εάν το φορτίο είναι καθαρά ενεργό, τότε το σχήμα του ρεύματος συμπίπτει με το σχήμα της τάσης (διακεκομμένη γραμμή στο Σχ. 1, β), εάν το φορτίο είναι ενεργό-επαγωγικό, το ρεύμα Εγώ nμεταβάλλεται εκθετικά με τη χρονική σταθερά

. Όταν κλείνουμε ένα άλλο ζεύγος βαλβίδων (για παράδειγμα, VD1 και VD4 ) και ξεκλείδωμα του δεύτερου ζεύγους τάσης U nαλλάζει απότομα και το ρεύμα για κάποιο χρονικό διάστημα

κρατά την κατεύθυνσή του. Για να εξασφαλιστεί η διέλευση αυτού του ρεύματος, χρησιμοποιούνται οι λεγόμενες διόδους flyback. VD5... VD8, τότε το ρεύμα κλείνει μέσω του πυκνωτή ΑΠΟ.

Η συχνότητα του ρεύματος στο φορτίο καθορίζεται από το κύκλωμα ελέγχου, το χαρακτηριστικό φορτίου του AVI είναι άκαμπτο, αφού η τάση στο φορτίο είναι σχεδόν ίση με U n = Ε.

Εφόσον το ρεύμα εισόδου του ίδιου του μετατροπέα γίνεται (στο RL- φορτίο) εναλλάσσεται, τότε όταν το AVI λειτουργεί από ανορθωτή, απαιτείται ένας πυκνωτής ΑΠΟμεγάλη χωρητικότητα. Το AIN μπορεί να λειτουργήσει σε ένα ευρύ φάσμα φορτίων - από το ρελαντί έως την τιμή στην οποία είναι δυνατή η υπερφόρτωση των βαλβίδων.

Η μέγιστη τιμή του ρεύματος φορτίου με συμμετρική φύση της τάσης εξόδου είναι

Οπου

;

;T-περίοδος.

Είναι δυνατή η ρύθμιση της τάσης στην έξοδο του AIN, είτε με αλλαγή μι, ή με τη βοήθεια ρύθμισης του πλάτους παλμού. Το τελευταίο πραγματοποιείται με διάφορους τρόπους: 1) κάθε παλμός τάσης στο φορτίο σχηματίζεται από πολλούς, αλλάζοντας τη διάρκειά τους (Εικ. 2, α). 2) μείωση του χρόνου λειτουργίας AVI σε κάθε μισό κύκλο λόγω του κλεισίματος ενός ζεύγους βαλβίδων και της ενεργοποίησης του δεύτερου ζεύγους με καθυστέρηση (Εικ. 2, β). 3) η χρήση δύο μετατροπέων που λειτουργούν για κοινό φορτίο μέσω ενός μετασχηματιστή με γεωμετρική προσθήκη τάσεων εξόδου με ρύθμιση της φάσης στα κυκλώματα ελέγχου (Εικ. 2, γ). Στις δύο πρώτες περιπτώσεις, τα πλάτη των υψηλότερων αρμονικών αυξάνονται, αλλά στην πρώτη παραλλαγή είναι δυνατό να ληφθεί μια τάση εξόδου κοντά σε σχήμα ημιτονοειδούς.

Ρύζι. 2. Ρύθμιση τάσης στο ΑΙΝ

Αυτόνομος μετατροπέας ρεύματος.

Το AIT (Εικ. 3) λαμβάνει ισχύ από την πηγή ισχύος μέσω μιας αρκετά μεγάλης αυτεπαγωγής, επομένως το ρεύμα που καταναλώνεται από τον μετατροπέα ουσιαστικά δεν αλλάζει. Κατά την εναλλαγή ζευγών θυρίστορ (δεν κλειδώνουν), σχηματίζονται ορθογώνιοι παλμοί ρεύματος στο φορτίο και το σχήμα τάσης εξαρτάται από τη φύση του φορτίου, το οποίο, κατά κανόνα, είναι ενεργό-χωρητικό. Σύμφωνα με τον τρόπο σύνδεσης του πυκνωτή με το φορτίο, τα ΑΙΤ ονομάζονται παράλληλα.

Όπως φαίνεται από το σχ. 3, στην επόμενη εναλλαγή ζευγών θυρίστορ (για παράδειγμα, λειτούργησαν VD1 και VD4, και ενεργοποιούνται από το κύκλωμα ελέγχου VD2 και VD3 ) μέσω του φορτίου, το ρεύμα αλλάζει απότομα, και λόγω της επαναφόρτισης του πυκνωτή ΑΠΟγια ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, τα θυρίστορ που λειτουργούσαν προηγουμένως βρίσκονται υπό αντίστροφη τάση και, φυσικά, είναι κλειδωμένα. Είναι απαραίτητο αυτό το διάστημα να είναι μεγαλύτερο από το χρόνο απενεργοποίησης του θυρίστορ. Όσο μεγαλύτερη είναι η χρονική σταθερά

, Όσο πιο αργά αλλάζει η τάση στο φορτίο, ο νόμος της αλλαγής της προσεγγίζει έναν γραμμικό και το σχήμα πλησιάζει έναν τριγωνικό. Το εξωτερικό χαρακτηριστικό του AIT είναι μαλακό (απότομη πτώση), η κατάσταση αδράνειας είναι αδύνατη.

Ρύζι. 3. Αυτόνομος μετατροπέας ρεύματος (α) και διάγραμμα λειτουργίας του (β)

Η σχετική τιμή της τάσης στο φορτίο και ο τύπος του εξωτερικού χαρακτηριστικού μπορούν να βρεθούν κατά προσέγγιση από τον τύπο

όπου - Αποτελεσματικότητα AIT;

.

Πρέπει να σημειωθεί ότι με ενεργό-επαγωγικό φορτίο, το ΑΙΤ δεν λειτουργεί και ένα τέτοιο φορτίο πρέπει να διακοπεί με πυκνωτή.

Αφού στην πράξη είναι δύσκολο να παρέχουμε

για ΑΙΤ ή

ΑΠΟγια το AIN, τα πραγματικά κυκλώματα έχουν κάποιες ενδιάμεσες ιδιότητες.

Για να τροφοδοτήσετε ένα σχετικά χαμηλής ισχύος μονοφασικό φορτίο με τάση που διαφέρει σημαντικά από την τάση τροφοδοσίας, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε ένα κύκλωμα στο οποίο ένα ζεύγος θυρίστορ αντικαθίσταται από μισές περιελίξεις του μετασχηματιστή και σας επιτρέπει να αγώνας U n και U n(Εικ. 4).

Ρύζι. 4. Μετατροπέας παράλληλου τρανζίστορ

Όταν είναι ενεργοποιημένο, για παράδειγμα, VD1 ρεύμα ρέει από την παροχή ρεύματος μεγάλο, μισή περιέλιξη W1 μετασχηματιστής Trκαι VD1. Ένα EMF προκαλείται στη δευτερεύουσα περιέλιξη και εμφανίζεται ένα ρεύμα στο φορτίο. Πυκνωτής μεταγωγής ΑΠΟφορτίζεται σχεδόν για να διπλασιάσει την τάση δικτύου (λόγω EMF αυτοεπαγωγής στην περιέλιξη W2). Όταν ενεργοποιηθεί το κύκλωμα ελέγχου SU VD2, Ο πυκνωτής συνδέεται παράλληλα VD1, κλειδώνει αμέσως (καθώς εφαρμόζεται τάση προς την κατεύθυνση κλειδώματος) και η διαδικασία επαναλαμβάνεται.

Στο φορτίο δημιουργείται τάση με συχνότητα που καθορίζεται από το κύκλωμα ελέγχου. Το σχήμα της τάσης εξαρτάται από R n(για μεγάλα R nείναι πιο κοντά στο τριγωνικό, στο μικρότερο R n - σε ορθογώνιο), τιμή - από ΜΙ,αναλογία και αξία μετασχηματισμού R n .

Τάση ενεργοποιημένη μεγάλοίση με τη διαφορά μεταξύ U ντο (υπολογίστηκε εκ νέου στο μισό της κύριας περιέλιξης) και ΜΙ.Σε λειτουργίες κοντά στο ρελαντί, ο πυκνωτής φορτίζεται με σταθερό ρεύμα και U ντο μπορεί να φτάσει σε μεγάλο (πολύ περισσότερο ΜΙ)τιμές, κάτι που είναι επικίνδυνο για τα θυρίστορ.

Ως κύκλωμα ελέγχου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν συμμετρικό πολυδονητή τρανζίστορ με ακολούθους πομπού συνδεδεμένους στα ηλεκτρόδια ελέγχου των θυρίστορ, που τροφοδοτούνται από την ίδια πηγή ισχύος. Το σχέδιο είναι κατάλληλο για μι= 12...250 V, Εγώ n= 1...50Α, φά=10...2000 Hz.

Οι μετατροπείς σειράς χρησιμοποιούνται σε ορισμένες περιπτώσεις για την παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος αυξημένης συχνότητας ( φά= 2...50 kHz). Έχουν μια αλυσίδα συντονισμού, με τη βοήθεια της οποίας γίνεται εναλλαγή των βαλβίδων. Το κύκλωμα λειτουργεί ως εξής (Εικ. 5). Όταν δοθεί ένα σήμα ελέγχου, ανοίγει VD1, περνάει ρεύμα μεγάλο1, R n , ΑΠΟ.Στο επόμενο μισό κύκλο, VD2 και πυκνωτή ΑΠΟ,φορτίζεται κατά το πρώτο μισό κύκλο, αποφορτίζεται μετά R n , μεγάλο2 και VD2. Το κύκλωμα μπορεί να λειτουργήσει σε διάφορους τρόπους λειτουργίας.

Ρύζι. 5. Διαδοχικός μετατροπέας (a) και οι τρόποι λειτουργίας του (b-d)

Στη λειτουργία διακοπτόμενου ρεύματος (Εικ. 5, β) VD1 απενεργοποιείται αφού πέσει το ρεύμα φόρτισης του πυκνωτή ΑΠΟ, δηλαδή μέχρι τη στιγμή που το κύκλωμα ελέγχου περιλαμβάνει VD2 (και αντίστροφα). Ως αποτέλεσμα, υπάρχει ένα χρονικό διάστημα όταν και οι δύο βαλβίδες δεν φέρουν ρεύμα και Εγώ n = 0.

Στη λειτουργία συνεχούς ρεύματος (Εικ. 5, d) VD1 απενεργοποιείται όταν είναι ενεργοποιημένο VD2, δηλαδή υπάρχει μια κατάσταση όταν και οι δύο πύλες διεξάγουν ρεύμα. ΤΕΡΜΑΤΙΣΜΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ VD1 στην περίπτωση αυτή διενεργείται λόγω του ότι όταν η VD2 και τη διέλευση του ρεύματος εκφόρτισης ΑΠΟδιά μέσου μεγάλο2 σε μεγάλο1 Σχηματίζεται back-EMF, επαρκής για να μειώσει το ρεύμα του ανοιχτού VD1 μέχρι το μηδέν. Αυτό απαιτεί την ένταξη VD2 συνέβη όταν το ρεύμα πέρασε VD1 έχει ήδη αρχίσει να μειώνεται. Διαφορετικά, η λειτουργία του "μέσω" ρεύμα μέσω VD1, μεγάλο1, μεγάλο2 και VD2 , δηλαδή λειτουργία βραχυκυκλώματος.

Η βέλτιστη είναι η οριακή λειτουργία (Εικ. 5, γ), στην οποία το σχήμα του ρεύματος στο φορτίο είναι κοντά σε ένα ημιτονοειδές. Είναι σκόπιμο να χρησιμοποιούνται τέτοιοι μετατροπείς σε σταθερές τιμές όλων των παραμέτρων, συμπεριλαμβανομένου του φορτίου, παρέχοντας παράλληλα ένα αρκετά άκαμπτο εξωτερικό χαρακτηριστικό. Επειδή ο μετατροπέας μπορεί να πέσει εκτός λειτουργίας σε χαμηλά φορτία, παράλληλα R nπεριλαμβάνω ΑΠΟ 0 και ο μετατροπέας γίνεται σειριακός παράλληλος.

Εάν προσθέσετε έναν άλλο πυκνωτή ΑΠΟ 1 , τότε ο μετατροπέας ενός κύκλου μετατρέπεται σε δίχρονο, τη στιγμή που φορτίζει ΑΠΟ,αποφορτίστηκε ΑΠΟ 1 και αντίστροφα. Αυτό βελτιώνει την απόδοση του κυκλώματος.

Οι μετατροπείς σειράς μπορούν επίσης να είναι πολυφασικοί.