Инвертор синусоида или модифицированная синусоида

СОДЕРЖАНИЕ:

Чистая или модифицированная синусоида — какой генератор выбрать

Инверторы применяются как составная часть ИБП переменного напряжения 220 В и 380 В. Применение инновационных электронных технологий дало возможность создавать компактные и легкие агрегаты с высоким КПД. Главным отличием инверторных генераторов от классических является чистота вырабатываемого электротока.

Не вникая глубоко в физические свойства, следует отметить, что для подключения большинства привычных домашних электроприборов (лампочки, утюга, телевизора) вполне подойдет квазисинус (модифицированный). А вот электронные системы газовых котлов, высоконапорные насосы, блоки питания ноутбуков и жк-дисплеев не смогут работать или же выйдут из строя при таком напряжении. Не рекомендуется квазисинус также и для дорогой техники: плазм, видеопроекторов, аудиофильной аудиоаппаратуры, поскольку последствия такого эксперимента могут быть непредсказуемы.

О плюсах инверторных ГУ с чистой синусоидой

Траектория волны выходного электротока 220 В практически не имеет отличий от обычного сетевого напряжения 220 В. Гармонические искажения предельно малы. Бытовые приборы с индуктивными электродвигателями, в частности СВЧ-печи, питаясь электричеством с чистой синусоидой, работают быстрее и меньше нагреваются. Фены, усилители, приставки для игр, лампы дневного освещения, мониторы, факсы меньше шумят. ПК меньше зависают, принтеры выдают более качественную печать.

Перечень электроприборов, которые не могут функционировать с электротоком квази-синусоиды:

  • строительные электрические инструменты с переменным вращением двигателя;
  • лазерные принтеры;
  • устройства с микропроцессорами;
  • копиры;
  • зарядные для беспроводных инструментов;
  • современные швейные машины с микропроцессором и переменным вращением мотора;
  • кислородные концентраторы и некоторое другое медицинское оборудование;
  • магнитно-оптические дисководы;
  • цифровые часы;
  • лампы дневного света (некоторые модели;
  • электронный розжиг и насосы в газовых котлах.

Что касается компьютеров и ноутбуков, то большинство из них может работать на квази-синусоиде, хотя возможны помехи на мониторе. И все же для такой техники тоже предпочтительнее чистый синус.

Если вы ставите перед собой задачу обеспечения бесперебойного освещения для самых простых бытовых электроприборов первой необходимости, то более экономически оправданным решением будет покупка генератора с квази-напряжением. Агрегаты с чистым синусом оптимальны для обеспечения электротоком высокочувствительной аппаратуры.

Как выбрать аккумуляторы для инверторной ГУ?

Есть два вида батарей – стартерные и глубокого цикла. Оптимальный выбор для инверторов – профессиональные АКБ глубокого цикла, главные достоинства которых – долговечность и надежность, способность справляться с периодами продолжительной зарядки / разрядки. Чтобы не возникало проблем со взрывоопасными химическими испарениями, лучше всего подключать герметичные необслуживаемые АКБ. Что касается емкости, то чем она больше, тем надежнее работа генератора. Рекомендуемый минимум – 12 Вт.

Можно ли подключать автомобильные аккумуляторы?

Портативные инверторы для автомобиля номинальной мощностью 500 Вт способны выдавать электроток 220 В на протяжении 30-ти-60 минут, даже при выключенном двигателе машины. Время работы зависит от состояния АКБ и мощности подключенных пользователей. При использовании инвертора следует помнить, что батарея быстро разряжается и для ее подзарядки нужно включать двигатель автомобиля минимум на 8 минут каждый час. Кроме того, простые стартерные АКБ выходят из строя примерно после десяти рабочих циклов.

АКБ глубокого разряда, рекомендуемые для использования в системах резервного энергообеспечения, переносят до нескольких сотен циклов полной зарядки/разрядки. Если вам необходим постоянный передвижной источник питания в автомобиле, есть смысл приобрести отдельную АКБ глубокого цикла и соединить ее с главным аккумулятором или генератором для зарядки. Если же вы обходитесь автомобильным АКБ, то во время работы инвертора лучше оставляйте двигатель включенным, поскольку есть риск потом не завестись.

Параллельное использование двух АКБ одного типа на 12 Вольт дает в два раза большую емкость, а значит, продолжительность автономной работы. Путем соединения двух 6-вольтовых батарей можно получить емкость 12 Вольт, но такие АКБ должны подсоединяться попарно.

Особенности работы некоторых электроприборов от инвертора

Мощность СВЧ-печи характеризуется скоростью разогрева или приготовления блюд. Что касается потребляемой мощности, то обычно в руководстве по эксплуатации производители указывают более низкий уровень в сравнении с реальным. Более точное значение можно увидеть на задней панели микроволновки. Это нужно учитывать, если вы хотите подключать ее к инверторной ДУ.

Несколько советов для улучшения качества сигнала телевизоров и радиоприемников при подключении к инвертору:

  • убедитесь, что антенна исправна и не выдает помех при работе от сети;
  • измените месторасположение ТВ, антенны и инвертора по отношению друг к другу;
  • сверните провода инвертора, АКБ и ТВ кольцом;
  • убедитесь в удаленности проводов постоянного электротока от ТВ;
  • установите фильтр на телевизионный провод.

При работе с инвертором недорогие радиоприемники могут немного фонить. К сожалению, в данном случае может помочь только приобретение более качественного приемника.

Чистая синусоида инвертор

Как получить чистую синусоиду из модифицированной. Часть 1

Однако в этих мытарствах были и положительные элементы. Например, резко возрос спрос на разные бензо- и дизель-генераторы, а также на электронные преобразователи и бесперебойные источники тока. Последнее обстоятельство позволило людям творческим применить свои профессиональные навыки и даже немного улучшить на этом поприще свое финансовое положение. А там, глядишь, появились различные фирмочки, выпускающие эти самые преобразователи и бесперебойники. Какой-никакой подъем в экономике образовался, дополнительные рабочие места и т. п. Собственно, и Ваш покорный слуга, примерно в те времена, из электроники слабосильной подался в электронику силовую.

Нельзя сказать, что тогда с этой самой электроникой сильно мудрили. Делали, чтобы было просто, надежно и дешево. В принципе, для того чтобы питать одну-две лампочки, больше ничего и не требовалось. Однако по мере развития процесса конкуренция ужесточалась. Народу уже стало из чего выбирать. Особо привередливые начали интересоваться формой напряжения на выходе преобразователей и бесперебойников. На что им очень обтекаемо отвечали, что форма там практически синусоидальная, но лишь слегка модифицированная. Более честные говорили, что там присутствует синусоида, но только квадратная. А уж совсем честные говорили напрямую, что их преобразователи и бесперебойники формируют на выходе прямоугольное напряжение с паузой. Но параметры этого напряжения (амплитудное и действующее значение, а также частота) практически соответствуют аналогичным параметрам однофазного переменного напряжения бытовой электросети. В принципе, такое напряжение вполне подходило для основных бытовых электропотребителей, таких телевизоры, компьютеры, а также накальные и люминесцентные лампы. Те же электропотребители, которые требовали чисто синусоидального напряжения (асинхронные двигатели, например), были в меньшинстве и погоды особой не делали.

Однако такое положение не могло длиться вечно. Количество отключений сокращалось и в какой-то момент они практически вообще прекратились. Однако параллельно на рынке бытовых товаров стали появляться отопительные котлы, оборудованные циркуляционными насосами, приводными задвижками и электронным управлением. Такие котлы требовали высококачественного бесперебойного электропитания. В противном случае, при отключении электричества работа системы отопления полностью нарушалась.

И вот тут возникала некая дилемма. Многие владельцы отопительного чуда уже обладали бесперебойными источниками, мощности которых с лихвой хватало для питания котла. Однако, вот беда, циркуляционные насосы ни в какую не хотели крутиться от «прямоугольной синусоиды». Для чудо-котла надо было приобретать новый чудо-бесперебойный источник, формирующий на выходе чистейшую синусоиду. А куда же теперь девать старый, к которому уже душой прикипели. Нехорошо как-то все это!

Но положение не безвыходное и старый друг нам еще послужит! Для питания асинхронного двигателя от прямоугольного напряжения можно использовать фильтр Отто. Есть множество положительных примеров практического воплощения такого подхода. Однако такой вариант не самый простой и, уж точно, не универсальный. После продолжительной и утомительной настройки фильтр можно будет использовать только с конкретным двигателем. Хотелось бы чего-то более универсального. Таким более универсальным решением будет использование в качестве фильтра феррорезонансного или подобного ему стабилизатора. При этом феррорезонансный стабилизатор, включенный после бесперебойного источника, будет не только исправлять форму его выходного напряжения в периоды отсутствия сети (работа от аккумулятора), но и будет стабилизировать напряжение сети в моменты его присутствия.

Ниже приводится описание и принципиальная электрическая схема феррорезонансного стабилизатора мощностью 1000 Вт. В статье приведены формулы и методика расчета, которая позволит вам пересчитать стабилизатор на другую мощность, если это потребуется.

Феррорезонансные стабилизаторы имеют ряд достоинств, таких как высокая надежность и быстродействие, широкий диапазон входных напряжений, хорошая стабильность выходного напряжения, способность к исправлению формы сильно искаженного входного напряжения. Однако, не смотря на все свои достоинства, эти стабилизаторы имеют и некоторые недостатки, к которым можно отнести относительно низкую удельную мощность и высокий уровень шумов, создаваемых при работе.

Не так давно, в 60-80-х годах прошлого века, феррорезонансные стабилизаторы широко использовались в быту для питания ламповых телевизоров. И старшее поколение читателей, скорей всего, до сих пор помнит тот надрывный гул, которым сопровождалась работа этих аппаратов, которые различались формой и расцветкой, но имели вес 10-15 кг при мощности 250-350 Вт.

Основным источником шумов в феррорезонансном стабилизаторе является насыщающийся дроссель. В работе сердечник этого дросселя постоянно насыщается, что приводит к изменению его линейных размеров. Это явление называется магнитострикционным эффектом. О «шумности» этого эффекта говорит хотя бы тот факт, что он широко используется в гидроакустике для генерации мощных акустических волн. Следовательно, если мы хотим построить тихий стабилизатор, то в первую очередь должны избавиться от насыщающегося дросселя. Однако нельзя просто так выбрасывать неугодные комплектующие из стабилизатора. В этом случае мы рискуем потерять его функциональность. Чтобы этого не произошло, сначала нужно найти достойную замену. И на нашу удачу такая достоянная замена имеется. Еще в 70-х годах прошлого столетия была доказана возможность замены насыщающегося дросселя последовательной цепочкой, состоящей из линейного дросселя и двух встречно-параллельных тиристоров . Такая цепь ведет себя аналогично насыщающемуся дросселю, но в отличие от него имеет меньшие размеры и массу, может оперативно регулироваться за счет управления тиристорами, обеспечивает меньшие потери и, самое главное, гораздо меньше шумит. В технической литературе такая цепочка зачастую называется резонансным тиристорным регулятором (РТР) . При необходимости, два встречно-параллельных тиристора РТР можно с успехом заменить одним симистором.

Функциональная схема стабилизатора с РТР изображена на Рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема стабилизатора с РТР.

Стабилизатор с РТР имеет практически тот же принцип действия, что и феррорезонансный стабилизатор. Выходное напряжение UН поддерживается на требуемом уровне (220 В). Когда напряжение питающей сети UС имеет минимальное значение, симистор VS1 заперт. При этом напряжение UН поднимается до требуемого уровня за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если же напряжение питающей сети UС имеет максимально допустимое значение, то симистор VS1 постоянно открыт. При этом дроссели L1 и L2 образуют делитель переменного напряжения, уменьшающий сетевое напряжение до требуемого уровня. В феррорезонансном стабилизаторе насыщающийся дроссель также максимально используется при максимальном входном напряжении, и минимально при минимальном. Дроссель L3 совместно с конденсатором С1 образует фильтр третьей гармоники, улучшающий форму выходного напряжения стабилизатора.

Рисунок 2. Осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР.

Рассмотрим подробнее работу стабилизатора с РТР. На Рисунке 2 изображены осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР. Выходное напряжение стабилизатора UН выпрямляется при помощи выпрямителя В2. Выпрямленное напряжение UВ2 поступает на фильтр Ф, который выделяет из него среднее, действующее или амплитудное значение, в зависимости от того, какое значение выходного напряжения UН требуется стабилизировать. Далее напряжение с выхода фильтра поступает на сумматор, где сравнивается с опорным напряжением UОП. С выхода сумматора напряжение ошибки поступает на регулятор Рег, который формирует управляющий сигнал, призванный компенсировать отклонение выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение регулятора UПОР поступает на вход порогового устройства ПУ и определяет его порог срабатывания. На другой вход порогового устройства подается синхронизирующее напряжение UВ1, привязанное к моментам перехода через ноль выходного напряжения UН стабилизатора. На выходе порогового устройства ПУ формируются импульсы управления UУПР, которые усиливаются усилителем мощности УМ и в требуемой полярности поступают на управляющий электрод симистора VS1. Синхронизирующее напряжение создается при помощи интегратора Инт и выпрямителя В1. Благодаря интегратору, импульсы выпрямленного напряжения UВ1 отстают от импульсов UВ2 на 5 мс (фазовый сдвиг –90°).

Импульсы управления UУПР формируются на нарастающем фронте UВ1 между нулевым и амплитудным значением этого напряжения. При увеличении порогового напряжения UПОР импульсы управления максимально сдвигаются к амплитудному значению UВ1 и, соответственно, к нулевому значению UВ2. В этом случае симистор открывается в районе нулевого значения UН и через линейный дроссель L2 протекает незначительный ток IL2, который не оказывает существенного влияния на выходное напряжение стабилизатора. При уменьшении порогового напряжения Uпор импульс управления сдвигается в сторону амплитудного значения UН и через линейный дроссель L2 начинает протекать существенный ток, который шунтирует выход стабилизатора и уменьшает величину его выходного напряжения.

Если выходное напряжение стабилизатора меньше требуемого, то регулятор Рег увеличивает пороговое напряжение UПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, уменьшается, и выходное напряжение стабилизатора возрастает за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если выходное напряжение больше требуемого, то регулятор Рег уменьшает пороговое напряжение UПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, увеличивается и выходное напряжение стабилизатора уменьшается.

Расчет силовой схемы стабилизатора

Рассмотрим практическую методику расчета стабилизатора мощностью 1000 ВА. Такой стабилизатор может использоваться как независимое устройство или совместно с устаревшими источниками бесперебойного питания для получения синусоидальной формы напряжения.

Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью SН = 1000 ВА изображена на Рисунке 3. Стабилизатор рассчитан на работу от сети переменного тока 220 В 50 Гц c нагрузкой, имеющей коэффициент мощности cos φН ≥ 0.7, и формирует выходное напряжение UН = 220 В ±1% во всем диапазоне нагрузок при изменении входного напряжения от 150 до 260 В.

Рисунок 3. Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью 1000 ВА.

Первым делом необходимо определить емкость резонансного конденсатора. Реактивную мощность резонансного конденсатора для стабилизатора без фильтра третьей гармоники можно найти по формуле:

– угловая частота сетевого напряжения, рад/с.

Зная реактивную мощность резонансного конденсатора, найдем его емкость:

Найдем индуктивность линейного дросселя L1:

Найдем индуктивность линейного дросселя L2:

Найдем индуктивность линейного дросселя L3:

Так как в стабилизаторе для улучшения формы выходного напряжения установлен фильтр третьей гармоники, емкость резонансного конденсатора можно уменьшить:

В качестве C1 можно использовать компенсирующие конденсаторы типа К78-99 или аналогичные, предназначенные для коррекции коэффициента мощности электромагнитных дросселей газоразрядных ламп. Например, можно использовать два включенных параллельно конденсатора К78-99 емкостью 50 мкФ, рассчитанных на напряжение 250 В переменного тока. Для этой же цели можно использовать конденсатор типа МБГВ 100 мкФ на напряжение 1000 В.

Схема

Инверторы данного типа могут устанавливаться для преобразования напряжения в сетях, в которых имеются аккумуляторные батареи служащие накопителями электрической энергии, а также в прочих электрических сетях, когда форма напряжения (выходного сигнала) не соответствует требуемой конфигурации.

Ниже приведена принципиальная схема инвертора типа «чистый синус» в которой учтены разные варианты использования.

Фильтр «Ф» и диодный мост «М» работают, когда инвертор улучшает качество напряжения и не требуются — при подключении прибора к аккумуляторам.

При работе с накопителями энергии (аккумуляторными батареями), выпрямление напряжения осуществляет диодный мост М1.

Генератор, задающий сигнал напряжением 220 В частотой 50 Гц, построен на основе микросхемы D5, а контроллеры D1, D2 формируют сигнал синусоидальной формы.

С контроллеров, выходной сигнал поступает на микросхемы D3, D4, где формируется сигнал управления транзисторами.

Силовая схема построена по мостовому принципу. Нагрузка подключается в одно плечо диодного моста, питающее напряжение – в другое.

Каждый электрик должен знать:  Бесплатный электронный журнал Я электрик!. Первых десять номеров

Защита по тока собрана на резисторах R17-19, R22 и диодах VD11,12.

Где купить

Инвертор — это прибор, который не относится к товарам повседневного спроса, поэтому его нельзя приобрести в простом магазине или супермаркете. Реализацией подобных изделий занимаются специализированные организации и торговые сети, ориентированные на альтернативные виды энергии, используемые для автономного электроснабжения объектов различных типов.

Если у потребителя уже установлена солнечная электростанция или ветровой генератор, то лучше всего приобрести модель того производителя, оборудование которого уже используется. Для этого необходимо найти дилера этой компании и заключить с ним договор поставки.

Если создается новая система автономного электроснабжения и пользователь самостоятельно выполняет ее комплектацию, то можно пойти несколькими путями, это:

  1. Опять же найти дилера компании, производящей подобные устройства и приобрести товар у него.
  2. Обратиться в торговую компанию, реализующую приборы из этой группы товаров.
  3. Поискать необходимое устройство в сети интернет, где представлен достаточно широкий ассортимент подобных устройств.

Как сделать своими руками

При желании изготовить инвертор типа «чистый синус» своими руками, необходимо помнить, что это достаточно сложное электронное устройство. При самостоятельном изготовлении необходимо не только уметь работать с паяльником, а также нужно знать, как правильно монтировать микросхемы и прочие электронные комплектующие. Уметь работать с электронными приборами, с помощью которых можно отслеживать форму выходного сигнала, а также подстраивать элементы схемы, обеспечивающие соответствие формы и силы выходного сигнала, предъявляемым требованиям.

Ниже, приведена одна из схем, используя которую, можно самостоятельно собрать подобный прибор. Это достаточно простая схема, но тем не менее, она широко используется и промышленными производителями таких устройств.

В качестве генератора сигналов используется микросхема КР1211ЕУ1, а в качестве ключей — транзисторы IRL2505. Повышающий трансформатор повышает напряжение на выходе до 220 вольт, а снижение высокочастотных помех осуществляет конденсатор.

Мощность устройства, собранного по этой схеме – до 0,5 кВт, в зависимости от мощности трансформатора.

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Товар можно купить тут

Эта плата представляет из себя формирователь чистой синусоиды из постояннки, внедряется в повышающие преобразователи напряжения.

Купил для своего инвертора, который будет серьезно переделан, можно сказать соберу с нуля, выкину вторичную цепь, заменю драйвер низковольтной цепи, добавлю еще одну пару трансформаторов с ключами для раскачки и поставим эту платку, чтобы получить инвертор с чистым синусом . в общем будет крутая доработка.

Отвечу на популярный вопрос — зачем чистый синус в инверторе.
Дело в том, что некоторые нагрузки, как например железные трансформаторы и асинхронные двигатели нуждаются в чистой синусоиде, работать будут и от модифицированной, но при этом будут издавать своеобразный звук, который связан с формой импульсов напряжения и нагреваться гораздо больше допустимого, что сокращает их срок службы, а также теряется полезная мощность, поскольку часть будет уходить на ненужный нагрев.
Давайте вернемся к плате.
Должен заметить, что она довольно дорогая, стоит 70 с лишним долларов, брал у хорошего продавца, с которым пообщался и попросил сделать скидку, тот любезно снизил цену на 7 долларов, немного, но все же деньги, особенно для меня.
Плата самая мощная, которую можно встретить на просторах алиэкспресс, она на 3000 ватт. Удобна тем, что с ее помощью можно дешевый инвертор с мод. синусоидой превратить в хороший инвертор с чистой синусоидой.
Качество на высоте, китайцы не поленились почистить ее от флюса, силовые дорожки дополнительно усилены, никаких торчащих контактов, все ровно отрезано. Со стороны компонентов тоже самое — все ровно, аккуратно и красиво.

Плата двухсторонняя, имеет черную паяльную маску, металлизация отверстий — материал стеклотекстолит.

Бросается в глаза большой радиатор

Единственное, в чем поленился производитель — установка термодатчика, он зажат ребрами радиатора, хотя имеет отверстие для болтика и можно было просто прикрутить его, но сверлить отверстие между ребрами видимо поленились, ну и ладно — это не минус.

К радиатору укреплены мощные IGBT транзисторы 47N60 количеством 8 штук. Каждый ключ изолирован от радиатора, имеется также термопаста — жирный плюс.
Радиатор прикручен к плате двумя шурупами, они имеют дополнительную прокладку.

На входе стоят два конденсатора подключенных параллельно, каждый из них имеет емкость в 150мкФ и рассчитан на напряжение в 450 вольт, производитель — рубикон, это довольно неплохой производитель, хотя не самый лучший.

Емкость конденсаторов небольшая, но основная емкость будет находиться на плате DC-DC повышающего преобразователя, так, что тут тоже все норм.
Имеем три аккуратно впаянных шунта.

Плата формирователя чистой синусоиды почти стандартная, стоит традиционный чип EG8010 и два драйвера IR2110, которые и управляют силовыми транзисторами.

Имеется подстроечный резистор для регулировки выходной частоты, она может быть от 50 до 60 герц.

Низковольтное Питание для схемы управление поступает по маломощному диодному мосту, туда в принципе можно подать и переменку и постоянку, напряжение можно от 12 до 20 Вольт, все ровно оно будет стабилизировано до нужного уровня.

По идее на мост подается переменка которая берется с дополнительной обмотки повышающего трансформатора трансформатора преобразователя, который будет стоять на плате DC-DC

Предусмотрен также раз ъ ем для кулера.

Дальше уже выходная цепь, которая состоит из LC цепочки, конденсаторов две штуки, подключены параллельно, каждый рассчитан на напряжение в 630 вольт, емкость 2,2мкФ

Силовой дроссель порадовал, даже очень, намотан чистым медным проводам, в более бюджетных формирователях такого типа он мотается алюминиевым проводом, диаметр провода около 1,8-2мм.

Дроссель закреплен парой пластиковых хамутов, под ним небольшой слой изоляции в виде скотча, все надежно и безопасно.

На выходе стоит дополнительная цепочка для фильтрации, тут дроссель с двумя обмотками и небольшой конденсатор после него.

Сегодня тестировать плату на полную катушку не сможем, к сожалению, но некоторые тесты все же сделаем
Узел управления потребляет всего 60 мА, загорается красный индикатор на плате формирователя чистого синуса, следовательно, должно все работать.

Теперь я подам на вход низковольтное постоянное напряжение от обычной кроны.

Видим нашу синусоиду, как и положено.
Замеры частоты на выходе — 50 Герц, заполнение 50%, все идеально.

Тоже самое будет если подключить на вход 380 Вольт постоянки, но выходное напряжение естественно будет побольше
Мы убедились, что плата отличного качества, и главное — работает, в дальнейшем сделаем тесты под нагрузкой, мне для полной раскачки этой платы будут нужны мощные аккумуляторы и естественно DC-DC повышающий преобразователь с мощностью не менее 3000 ватт.

Всю эту систему я буду использовать в своей солнечной электростанции, по малой покупаю модули, чтоб собрать панели, так дешевле, чем покупать готовые. Тоже самое с инвертором, хороший 3-х киловаттный стоит кучу денег, поэтому будем делать сами.

Инвертор «чистый синус» своими руками (со схемой)

Дата публикации: 15 марта 2020

Инвертор — это необходимый элемент в системе автономного дома, который приспосабливает параметры вырабатываемой альтернативными источниками энергии к параметрам, необходимым для питания технических приборов. Почитайте подробнее об опыте выстраивания такой системы здесь.

Принцип работы

Инвертор — это прибор для преобразования напряжения. Например, он может преобразовать постоянный ток с напряжением в 12 Вольт (полученный при помощи солнечной панели) в переменный с напряжением в 220 Вольт (подходит для питания бытовых устройств). Без этого небольшого устройства практически невозможно полноценное использование энергии гелиопанелей и ветряков для домашних нужд.

Инверторы бывают разные. В зависимости от конструкции прибора и его предназначения он выдает выходной сигнал разной формы:

Увидеть форму можно, если подключить к цепи специальный измерительный прибор — осциллограф. Он как бы разворачивает сигнал во времени: по оси Х мы видим временной интервал, а по оси У — уровень напряжения.

Самое качественное напряжение, близкое по параметрам к внешней электросети, выдает инвертор «чистый синус». Принцип его работы заключается в следующем:

  • При подаче энергии с аккумулятора на инвертор, она изменяется с 12 Вольт на 220 Вольт.
  • Преобразованная электроэнергия попадает на мостовой инвертор, где постоянный ток превращается в переменный.
  • Высокочастотный фильтр низких частот определяет форму чистой синусоиды у напряжения на выходе.

Плюсы и минусы

Если вы планируете превратить свое жилище в умный дом или поэкспериментировать с отдельными источниками альтернативной энергии, то рано или поздно вы придете к проблеме выбора инвертора для вашей системы. Иначе вы просто не сможете запитать бытовые приборы от сгенерированной и накопленной энергии.

Плюсы использования устройства с чистым синусом:

  • Параметры выходного напряжения близки параметрам внешней электросети.
  • Возможность безопасного подключения сложных устройств, которые требовательны к качеству напряжения.
  • Улучшаются условия использования сетевой нагрузки: меньше шумов, перепадов напряжения и так далее.
  • Бытовые приборы и устройства, питаемые от инвертированной энергии, дольше служат.

К минусам прибора можно отнести лишь его высокую стоимость по сравнению с инверторами, выдающими выходное напряжение другого вида. Но с этим недостатком можно бороться, если сделать прибор самостоятельно. Составляющие элементы стоят значительно дешевле готового устройства.

Самодельный инвертор с чистым синусом

Цена ценой, но это достаточно сложный прибор. Поэтому за самостоятельное его изготовление стоит браться только при наличии определенного опыта. Пригодятся уверенные знания схемотехники, а также навыки и опыт пайки, монтажа схем, использования измерительных приборов и настройки элементов микросхемы.

Инвертор «чистый синус»: схема

Рассмотрим эту простую, но популярную даже в промышленности схему чуть подробнее. Сигналы генерируются при помощи микросхемы КП1114ЕУ. Два транзистора IRFZ44N используются как ключи. Конденсатор служит фильтром высокочастотного шума, а трансформатор обеспечивает выходное напряжение в 220 Вольт.

В первый раз схему лучше собрать на макетной плате. Для получения чистого синуса многие элементы придется подбирать или дополнительно настраивать (ориентируясь на показания осциллографа). Неопытным схемотехникам потребуется изрядная доля терпения, поэтому лучше заранее найти специалиста, у которого можно будет попросить совета или помощи.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Инверторы с чистым и модифицированным синусом для сети 220В и их работа с различными электроприборами

1. Вступление. Описание рассматриваемых типов инверторов: трансформаторный, с вч преобразованием, с синусоидальной формой напряжения.
2. Виды электроприборов с активным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
3. Виды электроприборов с индуктивным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
4. Виды электроприборов с емкостным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
5. Виды электроприборов с выпрямителем на входе и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.
6. Сводная таблица отличий в работе различных типов инверторов с различными типами нагрузок. Заключение.

1. Вступление. Описание рассматриваемых типов инверторов: трансформаторный, модифицированный синус, чистый синус.

Инвертор- прибор преобразующий постоянное напряжение в переменное. Потребность в инверторах существует для решения задачи питания устройств для бытовой сети 220В 50Гц от источников постоянного напряжения, например аккумуляторов. С развитием электроники эта задача решалась все более сложными методами, дающими более качественные параметры выходной электроэнергии. Однако на практике применяются как современные, так и более архаичные приборы, поэтому рассмотрим основные типы инверторов в историческом порядке.
Первыми появились инверторы на основе трансформаторов работающих на частоте сети 50Гц. Блок-схема инвертора приведена на рис. №1.

Рис. №1. Блок-схема трансформаторного инвертора.

Источник энергии постоянного тока, в самом распространенном случае аккумулятор 12В, подключается к трансформатору через трехпозиционный коммутатор. Коммутатор представляет собой набор электронных ключей, обеспечивающий 3 состояния: к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания положительной полярностью, к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания отрицательной полярностью и состояние когда первичная обмотка закорочена. Последовательно переключая эти состояния, на первичной обмотке формируется переменное напряжение частотой 50Гц и амплитудой 12В. На вторичной обмотке трансформатора при этом формируется напряжение с той же частотой и формой, однако эффективное напряжение составляет 220В. Графики напряжения на трансформаторе приведены на рис. №2. Выходное напряжение снимается с вторичной обмотки, поэтому имеет такие же параметры.

Рис. №2. Графики напряжения на трансформаторе

Данная форма напряжения называется «модифицированная синусоида» и широко применяется в инверторах для сети 50Гц, поэтому параметры, описывающие ее, рассмотрены более подробно. Вообще параметры, задающие форму модифицированной синусоиды, это амплитуда выходного напряжения и коэффициент заполнения, показывающий отношение длительности импульса к периоду сигнала. Эти параметры задаются при конструировании инверторов. Из соображений того, что инвертор должен заменять сеть 220В 50Гц, обычно выбирается амплитудное значение напряжения модифицированной синусоиды такое же, как и в сети, то есть 311В. При этом, чтобы обеспечить эффективное напряжение 220в, такое же как и в сети, коэффициент заполнения получается 0.5. Однако в инверторе этого типа амплитуда выходного напряжения получается зависящей прямо пропорционально от напряжения источника. Если в качестве источника энергии используется аккумулятор, а это самый распространенный случай, то его напряжение при разряде понижается, и амплитуда модифицированной синусоиды на выходе преобразователя также понижается, соответственно понижается и эффективное значение напряжение на выходе преобразователя. Для того чтобы улучшить качество энергии на выходе преобразователя в этих условиях часто применяют схемы управления, которые изменяют коэффициент заполнения выходного напряжения таким образом, чтобы поддерживать эффективное напряжение неизменным. Например, инвертор, рассчитанный на напряжение источника 12В, работает от разряженного аккумулятора с напряжением 10В. При этом амплитудное напряжение на выходе снижается пропорционально до 259В. Схема управления изменяет коэффициент заполнения выходного напряжения до 0.72, при этом эффективное напряжение остается равным 220В. Однако форма напряжения и его амплитуда меняется, что может быть недопустимо для некоторых нагрузок, что будет показано далее.
Так как основным элементом инвертора этого типа является трансформатор 50Гц, возможности по миниатюризации, уменьшении материалоемкости и повышении эффективности работы инвертора весьма ограничены. Поэтому на основе современной элементной базы были разработаны инверторы с вч преобразованием. Блок-схема такого инвертора приведена на рис. №3.

Рис. №3. Блок-схема инвертора с вч преобразованием.
Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного преобразователя постоянного напряжения (dcdc преобразователь). Данный блок преобразует входное напряжение в напряжение, соответствующее амплитуде сетевого напряжения, 311В. Это преобразование происходит с помощью трансформатора, работающего на повышенной (десятки и сотни килогерц) частоте, поэтому габариты и материалоемкость инвертора значительно уменьшились. Выходное напряжение преобразователя подается на коммутатор, аналогичный коммутатору в инверторе трансформаторного типа. График выходного напряжения коммутатора имеет такой же вид, как и напряжение на выходе коммутатора в трансформаторном инверторе, однако амплитуда напряжения достигает 311В. Выход коммутатора является выходом инвертора, и график выходного напряжения соответствует напряжению на вторичной обмотке трансформатора в трансформаторном инверторе (рис.2). Соображения насчет формы выходного напряжения, изложенные выше, справедливы и для данного типа инвертора. Изменение же формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения может происходить либо нет, это зависит от топологии dcdc преобразователя. Если преобразователь стабилизированный, то при изменении входного напряжения выходное напряжение преобразователя не изменяется. При этом также форма и амплитуда выходного напряжения инвертора не изменяется. Однако существуют и более простые разновидности dcdc преобразователей, которые не являются стабилизированными, и выходное напряжение которых пропорционально входному. Для инверторов, собранных на основе таких преобразователей, справедливы заключения насчет изменения выходного напряжения для трансформаторных инверторов.
С развитием электроники появилась возможность создать инверторы с синусоидальной формой напряжения на основе вч преобразования электрической энергии. С помощью данных инверторов возможно получение выходного напряжения, удовлетворяющего стандартам на качество электроэнергии в энергетике, что невозможно для преобразователей ранее рассмотренных типов. Блок-схема инвертора приведена на рис. №4.

Рис. №4. Блок-схема инвертора с синусоидальным выходным напряжением.

Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного преобразователя постоянного напряжения, как и в инверторе с вч преобразованием, рассмотренном ранее. Выходное напряжение инвертора может быть различным в зависимости от конструкции, однако оно должно быть выше амплитудного напряжения сети, то есть выше 311В. Выходное напряжение преобразователя поступает на вч инвертор (dc/ac), представляющий собой управляемый понижающий импульсный преобразователь. Данный преобразователь может устанавливать на своем выходе напряжение по сигналу от схемы управления в диапазоне от нуля до напряжения питания, то есть до напряжения больше 311В. Вч инвертор обычно содержит два таких канала по мостовой схеме, таким образом, напряжение между их выходами может достигать от -311В до +311В, как и в сети 220В. Графики выходного напряжения по обоим выходным проводам и результирующее выходное напряжение инвертора представлены на рис. №5. Из графиков следует, что схема управления подает особый сигнал на каждый канал вч преобразователя, изменяющийся во времени таким образом, что выходное напряжение каждого канала вч преобразователя изменяется по синусоидальному закону с частотой 50Гц, и смещено по фазе на 180? между каналами. Напряжение же между выходами представляет собой синусоиду без постоянной составляющей амплитудой 311В. Изменение формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения не происходит вследствие того что либо dc/dc преобразователь либо вч инвертор исполняются стабилизированными, то есть выходное напряжение не зависит от входного.

Каждый электрик должен знать:  Неисправности светильников с люминесцентными лампами и их ремонт

Рис. №5. Графики напряжения на выходах инвертора.

2. Виды электроприборов с активным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с активным характером сопротивления распространены повсеместно. К ним относятся различные виды нагревательных приборов, а также осветительные приборы на основе ламп накаливания. Также распространены комбинированные нагрузки, в которых кроме основного потребителя с активным характером сопротивления присутствуют другие потребители с различным характером сопротивления, однако мощность этих потребителей значительно ниже. Например, нагревательный элемент со схемой контроля температуры. Такие нагрузки также можно считать приближенными к активными, степень приближения определяется отношением мощностей основной активной нагрузки и дополнительной не активной. Вообще активная нагрузка является наиболее простым видом нагрузки для инвертора, потому что выходной ток инвертора в любой момент времени, то есть при любом мгновенном значении выходного напряжения, ограничен и определяется законом Ома. Поэтому допустима любая форма выходного напряжения инвертора, например модифицированная синусоида. Также весь выходной ток инвертора идет на создание выходной активной мощности, поэтому эффективность работы (величина коэффициента полезного действия) инверторов любого типа будет максимальна при данном типе нагрузки.
Для корректной работы активных нагрузок важно лишь среднеквадратичное значение напряжения, а все рассмотренные ранее типы инверторов способны выдавать такое же среднеквадратичное напряжение, как и сеть 220В. Однако потенциально важным моментом для работы с активной нагрузкой является способность инвертора выдавать постоянное среднеквадратичное напряжение при изменяющемся напряжении питания. Все рассмотренные ранее типы инверторов имеют такую возможность при соответствующих функциях системы управления, однако каждая конкретная модель инвертора может иметь или нет подобную функцию.
Также нагрузки с активным характером сопротивления могут быть линейными или нелинейными, то есть сопротивление нагрузки может быть постоянным или меняющимся во времени. Типичным примером нелинейной нагрузки является лампа накаливания, причем отличие в сопротивлении в горячем и холодном состоянии может достигать 10 раз. При работе инвертора с таким типом нагрузки может возникать кратковременное, но значительное увеличение тока нагрузки. В этом случае возможна потеря работоспособности инвертора из-за срабатывания защиты по максимальному выходному току. Однако работа схемы защиты не зависит от типа преобразователя, поэтому различия между работой различных моделей инверторов будут происходить из-за различия в системах защиты, а не из-за принципиального различия в типах инверторов.
Различие между типами инверторов с различной формой выходного напряжения можно оценить с помощью частотного анализа по гармоническому составу выходного напряжения. Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения содержат в спектре выходного напряжения только основную гармонику 50Гц. Инверторы же с выходным напряжением в виде модифицированной синусоиды содержат в спектре выходного напряжения также высшие нечетные гармоники значительной амплитуды. Так как форма выходного тока при активной нагрузке повторяет форму напряжения, то подобные заключения будут справедливы и про спектр выходного тока. Практически оценить различия в форме выходного тока можно по производимому им акустическому эффекту. Акустический эффект может иметь различную физическую природу, например сила Ампера, вынуждающая колебаться проводники с током, или магнитострикционный эффект в материалах, находящимся в магнитном поле, возбуждаемом током. Акустический эффект может возникать во всех участках последовательной выходной цепи, например в потребителе или соединительных проводах, или в самом инверторе. Человек способен на слух различать гармонический состав производимого акустического эффекта. Так, звук от инвертора с синусоидальной формой выходного напряжения ощущается как однотонный гудящий (низкочастотный) шум. А звук от инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды более тембрально окрашен, с выраженными обертонами, более походящий на стук.

3. Виды электроприборов с индуктивным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с индуктивным характером сопротивления часто встречаются в технике и в быту. К этим приборам относятся электровибрационные приборы, например бритвы и насосы, осветительные приборы с индуктивными балластами, электромеханические реле, электрические двигатели.
Реальная индуктивная нагрузка представляет собой частично чистую индуктивность и частично активную нагрузку. Для описания индуктивной нагрузки возможно использовать последовательную модель, в которой нагрузка представляется в виде последовательно соединенных индуктивности и сопротивления. Для описания соотношения влияния этих элементов на выходной ток преобразователя используют параметр «коэффициент мощности (КМ)», который определяет отношение активной мощности к полной мощности. При индуктивной нагрузке КМ 8 800 500 14 30

РЕАЛЬНЫЕ ПАРУСНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ ИЗ СИБИРИ

ВНИМАНИЕ ! Доступ ко всем материалам имеют только зарегистрированные пользователи !

Вход в систему

Материалы сайта

Навигация

Последние комментарии

Активные обсуждения форума

Анализ инверторов при работе с разными видами электроприборов.

Опубликовано pixelz4240 в Вс, 10/10/2010 — 15:21

  • Справочные материалы

Различные типы инверторов для сети переменного напряжения 220В и анализ их работы с разными видами электроприборов.

1.Вступление. Описание рассматриваемых типов инверторов: трансформаторный, модифицированный синус, чистый синус.

Инвертор- прибор преобразующий постоянное напряжение в переменное. Потребность в инверторах существует для решения задачи питания устройств для бытовой сети 220В 50Гц от источников постоянного напряжения, например аккумуляторов. С развитием электроники эта задача решалась все более сложными методами, дающими более качественные параметры выходной электроэнергии. Однако на практике применяются как современные, так и более архаичные приборы, поэтому рассмотрим основные типы инверторов в историческом порядке.

Первыми появились инверторы на основе трансформаторов работающих на частоте сети 50Гц. Блок-схема инвертора приведена на рис. №1.

Рис. №1. Блок-схема трансформаторного инвертора.

Источник энергии постоянного тока, в самом распространенном случае аккумулятор 12В, подключается к трансформатору через трехпозиционный коммутатор. Коммутатор представляет собой набор электронных ключей, обеспечивающий 3 состояния: к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания положительной полярностью, к первичной обмотке трансформатора подключен источник питания отрицательной полярностью и состояние когда первичная обмотка закорочена. Последовательно переключая эти состояния, на первичной обмотке формируется переменное напряжение частотой 50Гц и амплитудой 12В. На вторичной обмотке трансформатора при этом формируется напряжение с той же частотой и формой, однако эффективное напряжение составляет 220В. Графики напряжения на трансформаторе приведены на рис. №2. Выходное напряжение снимается с вторичной обмотки, поэтому имеет такие же параметры.

Рис. №2. Графики напряжения на трансформаторе

Данная форма напряжения называется «модифицированная синусоида» и широко применяется в инверторах для сети 50Гц, поэтому параметры, описывающие ее, рассмотрены более подробно. Вообще параметры, задающие форму модифицированной синусоиды, это амплитуда выходного напряжения и коэффициент заполнения, показывающий отношение длительности импульса к периоду сигнала. Эти параметры задаются при конструировании инверторов. Из соображений того, что инвертор должен заменять сеть 220В 50Гц, обычно выбирается амплитудное значение напряжения модифицированной синусоиды такое же, как и в сети, то есть 311В. При этом, чтобы обеспечить эффективное напряжение 220в, такое же как и в сети, коэффициент заполнения получается 0.5. Однако в инверторе этого типа амплитуда выходного напряжения получается зависящей прямо пропорционально от
напряжения источника. Если в качестве источника энергии используется аккумулятор, а это самый распространенный случай, то его напряжение при разряде понижается, и амплитуда модифицированной синусоиды на выходе преобразователя также понижается, соответственно понижается и эффективное значение напряжение на выходе преобразователя. Для того чтобы улучшить качество энергии на выходе преобразователя в этих условиях часто применяют схемы управления, которые изменяют коэффициент
заполнения выходного напряжения таким образом, чтобы поддерживать эффективное напряжение неизменным. Например, инвертор, рассчитанный на напряжение источника 12В, работает от разряженного аккумулятора с напряжением 10В. При этом амплитудное напряжение на выходе снижается пропорционально до 259В. Схема управления изменяет коэффициент заполнения выходного напряжения до 0.72, при этом эффективное напряжение
остается равным 220В. Однако форма напряжения и его амплитуда меняется, что может быть недопустимо для некоторых нагрузок, что будет показано далее.

Так как основным элементом инвертора этого типа является трансформатор 50Гц, возможности по миниатюризации, уменьшении материалоемкости и повышении эффективности работы инвертора весьма ограничены. Поэтому на основе современной элементной базы были разработаны инверторы с вч преобразованием. Блок-схема такого инвертора приведена на рис. №3.

Рис. №3. Блок-схема инвертора с вч преобразованием.

Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного
преобразователя постоянного напряжения (dc\dc преобразователь). Данный блок преобразует входное напряжение в напряжение, соответствующее амплитуде сетевого напряжения, 311В. Это преобразование происходит с помощью трансформатора, работающего на повышенной (десятки и сотни килогерц) частоте, поэтому габариты и материалоемкость инвертора значительно уменьшились. Выходное напряжение преобразователя подается на коммутатор, аналогичный коммутатору в инверторе трансформаторного типа.

График выходного напряжения коммутатора имеет такой же вид, как и напряжение на выходе коммутатора в трансформаторном инверторе, однако амплитуда напряжения достигает 311В. Выход коммутатора является выходом инвертора, и график выходного напряжения соответствует напряжению на вторичной обмотке трансформатора в трансформаторном инверторе (рис.2).

Соображения насчет формы выходного напряжения, изложенные выше, справедливы и для данного типа инвертора. Изменение же формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения может происходить либо нет, это зависит от топологии
dc\dc преобразователя. Если преобразователь стабилизированный, то при изменении входного напряжения выходное напряжение преобразователя не изменяется. При этом
также форма и амплитуда выходного напряжения инвертора не изменяется. Однако существуют и более простые разновидности dc\dc преобразователей, которые не являются стабилизированными, и выходное напряжение которых пропорционально входному. Для инверторов, собранных на основе таких преобразователей, справедливы заключения насчет изменения выходного напряжения для трансформаторных инверторов.

С развитием электроники появилась возможность создать инверторы с синусоидальной формой напряжения на основе вч преобразования электрической энергии. С помощью данных инверторов возможно получение выходного напряжения, удовлетворяющего стандартам на качество электроэнергии в энергетике, что невозможно для преобразователей ранее рассмотренных типов. Блок-схема инвертора приведена на рис. №4.

Рис. №4. Блок-схема инвертора с синусоидальным выходным напряжением.

Источник энергии постоянного тока подключается на вход высокочастотного преобразователя постоянного напряжения, как и в инверторе с вч преобразованием, рассмотренном ранее. Выходное напряжение инвертора может быть различным в зависимости от конструкции, однако оно должно быть выше амплитудного напряжения сети, то есть выше 311В. Выходное напряжение преобразователя поступает на вч инвертор
(dc/ac), представляющий собой управляемый понижающий импульсный преобразователь.
Данный преобразователь может устанавливать на своем выходе напряжение по сигналу от схемы управления в диапазоне от нуля до напряжения питания, то есть до напряжения больше 311В. Вч инвертор обычно содержит два таких канала по мостовой схеме, таким образом, напряжение между их выходами может достигать от -311В до +311В, как и в сети 220В. Графики выходного напряжения по обоим выходным проводам и результирующее выходное напряжение инвертора представлены на рис. №5. Из графиков следует, что схема управления подает особый сигнал на каждый канал вч преобразователя, изменяющийся во времени таким образом, что выходное напряжение каждого канала вч преобразователя изменяется по синусоидальному закону с частотой 50Гц, и смещено по фазе на 180 между каналами. Напряжение же между выходами представляет собой синусоиду без постоянной составляющей амплитудой 311В. Изменение формы выходного напряжения в зависимости от величины входного напряжения не происходит вследствие того что либо dc/dc преобразователь либо вч инвертор исполняются стабилизированными, то есть выходное напряжение не зависит от входного.

Рис. №5. Графики напряжения на выходах инвертора.

2.Виды электроприборов с активным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с активным характером сопротивления распространены повсеместно. К ним относятся различные виды нагревательных приборов, а также осветительные приборы на основе ламп накаливания. Также распространены комбинированные нагрузки, в которых кроме основного потребителя с активным характером сопротивления присутствуют другие потребители с различным характером сопротивления, однако мощность этих потребителей значительно ниже. Например, нагревательный элемент со схемой контроля температуры. Такие нагрузки также можно считать приближенными к активными, степень приближения определяется отношением мощностей основной активной нагрузки и дополнительной не активной. Вообще активная нагрузка является наиболее простым видом нагрузки для инвертора, потому что выходной ток инвертора в любой момент времени, то есть при любом мгновенном значении выходного напряжения, ограничен и определяется законом Ома. Поэтому допустима любая форма выходного напряжения инвертора, например модифицированная синусоида. Также весь выходной ток инвертора идет на создание выходной активной мощности, поэтому эффективность работы (величина коэффициента полезного действия) инверторов любого типа будет максимальна при данном типе нагрузки.

Для корректной работы активных нагрузок важно лишь среднеквадратичное значение напряжения, а все рассмотренные ранее типы инверторов способны выдавать такое же среднеквадратичное напряжение, как и сеть 220В. Однако потенциально важным моментом для работы с активной нагрузкой является способность инвертора выдавать постоянное среднеквадратичное напряжение при изменяющемся напряжении питания. Все рассмотренные ранее типы инверторов имеют такую возможность при соответствующих функциях системы
управления, однако каждая конкретная модель инвертора может иметь или нет подобную функцию.

Также нагрузки с активным характером сопротивления могут быть линейными или нелинейными, то есть сопротивление нагрузки может быть постоянным или меняющимся во времени. Типичным примером нелинейной нагрузки является лампа накаливания, причем отличие в сопротивлении в горячем и холодном состоянии может достигать 10 раз. При работе инвертора с таким типом нагрузки может возникать кратковременное, но значительное увеличение тока нагрузки. В этом случае возможна потеря работоспособности инвертора из-за срабатывания защиты по максимальному выходному току. Однако работа схемы защиты не зависит от типа преобразователя, поэтому различия между работой различных моделей инверторов будут происходить из-за различия в системах защиты, а не из-за принципиального различия в типах инверторов.

Различие между типами инверторов с различной формой выходного напряжения можно оценить с помощью частотного анализа по гармоническому составу выходного напряжения. Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения содержат в спектре выходного напряжения только основную гармонику 50Гц. Инверторы же с выходным напряжением в виде модифицированной синусоиды содержат в спектре выходного напряжения также высшие нечетные гармоники значительной амплитуды. Так как форма
выходного тока при активной нагрузке повторяет форму напряжения, то подобные заключения будут справедливы и про спектр выходного тока. Практически оценить различия в форме выходного тока можно по производимому им акустическому эффекту. Акустический эффект может иметь различную физическую природу, например сила Ампера, вынуждающая колебаться проводники с током, или магнитострикционный эффект в материалах, находящимся в магнитном поле, возбуждаемом током. Акустический эффект может возникать во всех участках последовательной выходной цепи, например в потребителе или соединительных проводах, или в самом инверторе. Человек способен на слух различать гармонический состав производимого акустического эффекта. Так, звук от инвертора с синусоидальной формой выходного напряжения ощущается как однотонный
гудящий (низкочастотный) шум. А звук от инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды более тембрально окрашен, с выраженными обертонами, более походящий на стук.

3.Виды электроприборов с индуктивным характером нагрузки и особенности работы различных типов инверторов с данным видом нагрузки.

Электрические приборы с индуктивным характером сопротивления часто встречаются в технике и в быту. К этим приборам относятся электровибрационные приборы, например бритвы и насосы, осветительные приборы с индуктивными балластами, лектромеханические реле, электрические двигатели.

Наши наблюдения

Ветряк вращается при любой скорости ветра. Делали замеры анемометром. И даже при 0,2 м/с он вращается. За счет большой площади парусной поверхности, вращение мультипликатора с коэффициентом передачи 30 идет так просто !

Синус или меандр?

Cистемы автономного и бесперебойного питания, как правило, используются для обеспечения работы аппаратуры с питанием 220 В. В этом случае остро стоит вопрос обеспечения электропитания 220 В.
Как только речь заходит о мощности 220 В надо четко понимать, что существуют две единицы измерения мощности — ватты (Вт), и вольт-амперы (ВА).
1 Вт = 1.4 ВА или 1ВА = 0.7 Вт

Как правило, на блоках и инверторах указывают значения в вольт-амперах. Поэтому, чтобы получить значение максимальной мощности в Ваттах, эту величину надо поделить на 1,4. При этом мощность потребителя электроэнергии может быть указана в зависимости от типа прибора в любой из двух единиц. Скажем, обычная лампа накаливания имеет номинал в ваттах. Т.е. лампочку 100 Вт нельзя подключать к ББП или Инвертору с номиналом 100 ВА, а только не менее чем к 150 ВА.

Инверторы и Блоки бесперебойного питания (ББП) можно классифицировать по форме выходного напряжения — синус или модифицированный синус (меандр с паузами).

Синус или меандр?

Большинство потребителей даже и не задумываются какова форма выходного напряжения данного прибора. А ведь большинство представленных на рынке приборов выдают не «чистый синус», а так называемый «модифицированный синус» (такие приборы гораздо дешевле «синусоидальных»).

Модифицированный синус — это приближения к синусоидальному сигналу с помощью сигналов «прямоугольной’» формы. Самое грубое, но простое приближение — это меандр — сигнал прямоугольной формы переменной полярности (рис. 1). Причем речь идет о передаче энергетики сигнала, т.е. о равенстве эффективного значения напряжения (площади под кривой напряжения). Как следствие, амплитуды двух сигналов — синуса и меандра отличаются. Чтобы получить Uэфф=220 В меандр должен иметь амплитуду 220 В, а синус имеет амплитуду 311 В.

Каждый электрик должен знать:  Графеновые аккумуляторы - технология, которая изменит мир

На практике меандр не применяется, т.к. в момент резкой смены полярности возникают очень неприятные эффекты в аппаратуре. Применяют обычно меандр с паузой, или так называемый «модифицированный синус» (рис.2).

Более дорогие устройства используют более качественные приближения к синусу путем увеличения количества ступенек. На рис. 3 показан следующий уровень приближения. Увеличивая количество ступенек, мы постепенно получим сигнал, практически по своей форме мало отличающийся от синуса.

Чем синус лучше модифицированного синуса?

Существует аппаратура, для которой форма сигнала важна. Прежде всего, это аппаратура, чувствительная к помехам, аппаратура с трансформаторными источниками питания, электродвигатели, компрессоры и т.д. Есть потребители, которые нечувствительны к форме сигнала — это лампы накаливания, простые нагревательные приборы, приборы с бестрансформаторными импульсными источниками питания (компьютеры, современные телевизоры).

Что происходит, когда на трансформаторный источник питания подается модифицированный синус?

Резко снижается КПД трансформатора, в результате чего он начинает перегреваться и может выйти из строя. Кроме того, плохой (как правило, китайский подпольного производства) трансформатор начнет давать при работе посторонние звуки. Эта проблема не актуальна, когда мощность трансформатора заведомо существенно выше требуемой, но такие ситуации встречаются только в устройствах с очень малым потреблением (несколько ватт). Начиная с устройств, потребляющих 10 Вт трансформатор, как правило, оптимизирован, и использовать с такими потребителями прибор с модифицированным синусом не рекомендуется. Электродвигатели дают тот же эффект — снижение КПД, перегрев и посторонние звуки.
Не рекомендуют применять модифицированный синус для питания чувствительной аппаратуры (например, медицинской), т.к. модифицированный синус — верный источник помех.

Как определить форму выходного сигнала?

Конечно, прочитав паспорт. Если выходная форма синусоидальная, то производитель обязательно так и напишет. А фразы типа «квазисинус» или «модифицированный синус»указывают на несинусоидальную форму выходного сигнала. Иногда в паспорте указывается коэффициент гармоник. Если он меньше 8 %, то это почти идеальный синус.
Стоит заметить, что при одинаковой выходной мощности, цена преобразователя с синусом на выходе будет как минимум в 2 раза выше!

С покупкой обычного компьютерного UPS(источника бесперебойного питания) проблем нет — это проще сделать в любой компьютерной фирме. С хорошим мощным инвертором ситуация гораздо сложнее. Купить качественный прибор будет довольно непросто — очень мало фирм в России занимаются подобной техникой (одна из лучших — «Свободная Энергия»).
Хорошо налажено производство и поставки 220 В мощных инверторов, предназначенных для обеспечения питания систем связи, но удовлетворение очень высоких технических требований Минсвязи приводит к тому, что стоит подобная техника достаточно недешево.

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

все что посвящено электронике и общению специалистов. реклама других ресурсов.

В помощь начинающему

вопросы начального уровня

International Forum

This is a special forum for English spoken people, read it first.

Образование в области электроники

все что касается образования, процесса обучения, студентам, преподавателям.

Обучающие видео-материалы и обмен опытом

Обсуждение вопросов создания видео-материалов

Cистемный уровень проектирования

    Последнее сообщение

Вопросы системного уровня проектирования

Применение MATLAB, Simulink, CoCentric, SPW, SystemC ESL, SoC

Математика и Физика

Операционные системы

Linux, Win, DOS, QNX, uCOS, eCOS, RTEMS и другие

Документация

оформление документации и все что с ней связано

Разработка цифровых, аналоговых, аналого-цифровых ИС

Электробезопасность и ЭМС

Обсуждение вопросов электробезопасности и целостности сигналов

Управление проектами

Управление жизненным циклом проектов, системы контроля версий и т.п.

Нейронные сети и машинное обучение (NN/ML)

Форум для обсуждения вопросов машинного обучения и нейронных сетей

Программируемая логика ПЛИС (FPGA,CPLD, PLD)

    Последнее сообщение

Среды разработки — обсуждаем САПРы

Quartus, MAX, Foundation, ISE, DXP, ActiveHDL и прочие.
возможности, удобства.

Работаем с ПЛИС, области применения, выбор

на чем сделать? почему не работает? кто подскажет?

Языки проектирования на ПЛИС (FPGA)

Verilog, VHDL, AHDL, SystemC, SystemVerilog и др.

Системы на ПЛИС — System on a Programmable Chip (SoPC)

разработка встраиваемых процессоров и периферии для ПЛИС

Цифровая обработка сигналов — ЦОС (DSP)

    Последнее сообщение

Сигнальные процессоры и их программирование — DSP

Обсуждение различных сигнальных (DSP) процессоров, возможностей, совместимости и связанных с этим тем.

Алгоритмы ЦОС (DSP)

Обсуждение вопросов разработки и применения (программирования) алгоритмов цифровой обработки сигналов.

    Последнее сообщение

Cредства разработки для МК

FAQ, How-to, тонкости работы со средствами разработки

MSP430

Все остальные микроконтроллеры

и все что с ними связано

Отладочные платы

Вопросы, связанные с отладочными платами на базе МК: заказ, сборка, запуск

Печатные платы (PCB)

    Последнее сообщение

Разрабатываем ПП в САПР — PCB development

FAQ, вопросы проектирования в ORCAD, PCAD, Protel, Allegro, Spectra, DXP, SDD, WG и др.

Работаем с трассировкой

тонкости PCB дизайна, от Spectra и далее.

Изготовление ПП — PCB manufacturing

Фирмы, занимающиеся изготовлением, качество, цены, сроки

Сборка РЭУ

    Последнее сообщение

Пайка, монтаж, отладка, ремонт

вопросы сборки ПП, их отладки, различного рода ремонт

Корпуса

обсуждаем какие есть копруса, где делать и прочее

Вопросы надежности и испытаний

расчеты, методики, подбор компонентов

Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника

    Последнее сообщение

Вопросы аналоговой техники

пока помещаются в одном форуме

Цифровые схемы, высокоскоростные ЦС

High Speed Digital Design

Rf & Microwave Design

wireless технологии и не только

Метрология, датчики, измерительная техника

Все что связано с измерениями: измерительные приборы (осциллографы, анализаторы спектра и пр.), датчики, обработка результатов измерений, калибровка, технологии измерений и др.

АВТО электроника

особенности электроники любых транспортных средств: автомашин и мотоциклов, поездов, судов и самолетов, космических кораблей и летающих тарелок.

Умный дом

3D печать

3D принтеры, наборы, аксессуары, ПО

Робототехника

Модели, классификация, решения, научные исследования, варианты применения

Силовая Электроника — Power Electronics

    Последнее сообщение

Силовая Преобразовательная Техника

Источники питания электронной аппаратуры, импульсные и линейные регуляторы. Топологии AC-DC, DC-DC преобразователей (Forward, Flyback, Buck, Boost, Push-Pull, SEPIC, Cuk, Full-Bridge, Half-Bridge). Драйвера ключевых элементов, динамика, алгоритмы управления, защита. Синхронное выпрямление, коррекция коэффициента мощности (PFC)

Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация

Организация обратных связей в цепях регулирования, выбор топологии, обеспечение стабильности, схемотехника, расчёт

Первичные и Вторичные Химические Источники Питания

Li-ion, Li-pol, литиевые, Ni-MH, Ni-Cd, свинцово-кислотные аккумуляторы. Солевые, щелочные (алкалиновые), литиевые первичные элементы. Применение, зарядные устройства, методы и алгоритмы заряда, условия эксплуатации. Системы бесперебойного и резервного питания

Высоковольтные Устройства — High-Voltage

Высоковольтные выпрямители, умножители напряжения, делители напряжения, высоковольтная развязка, изоляция, электрическая прочность. Высоковольтная наносекундная импульсная техника

Электрические машины, Электропривод и Управление

Электропривод постоянного тока, асинхронный электропривод, шаговый электропривод, сервопривод. Синхронные, асинхронные, вентильные электродвигатели, генераторы

Индукционный Нагрев — Induction Heating

Технологии, теория и практика индукционного нагрева

Системы Охлаждения, Тепловой Расчет – Cooling Systems

Охлаждение компонентов, систем, корпусов, расчёт параметров охладителей

Моделирование и Анализ Силовых Устройств – Power Supply Simulation

Моделирование силовых устройств в популярных САПР, самостоятельных симуляторах и специализированных программах. Анализ устойчивости источников питания, непрерывные модели устройств, модели компонентов

Компоненты Силовой Электроники — Parts for Power Supply Design

Силовые полупроводниковые приборы (MOSFET, BJT, IGBT, SCR, GTO, диоды). Силовые трансформаторы, дроссели, фильтры (проектирование, экранирование, изготовление), конденсаторы, разъемы, электромеханические изделия, датчики, микросхемы для ИП. Электротехнические и изоляционные материалы.

Аппроксимированная синусоида в источниках бесперебойного электропитания

Аппроксимированная синусоида представляет собой форму сигнала переменного тока, которая условно приближается к чистой синусоиде. Она может иметь ступенчатую форму огибающей, быть представлена последовательностью импульсов прямоугольной или трапецеидальной формы разной полярности. Сигнал переменного тока, имеющий форму аппроксимированной синусоиды, присутствует на выходе большинства применяемых источников бесперебойного питания (ИБП).

Назначение источников бесперебойного питания

Основной задачей ИБП является сохранение питающего потребителей переменного напряжения при его внезапном пропадании в сети. Они не выполняют функцию стабилизации напряжения сети, а являются аварийными источниками напряжения переменного тока с аппроксимированной синусоидой. Бесперебойники не предназначены для продолжительной работы подключенного к ним оборудования в случае аварии на линиях сетевого напряжения.

ИБП должны обеспечить работу потребителей в течение времени, достаточном для завершения процессов, которые нельзя прерывать внезапно. Во время работы ИБП с аппроксимированной синусоидой будут созданы условия для штатного отключения нагрузки. Это сохранит его работоспособность при дальнейшем использовании. Часто можно встретить ссылку на UPS-источник бесперебойного питания. UPS в ней является аббревиатурой английского обозначения ИБП.

Классификация источников

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству питающего переменного напряжения, UPS-источники бесперебойного питания можно разделить на несколько видов:

  • off-line источники, являющиеся аварийными источниками резервного типа;
  • line-interactive или линейно-интерактивные источники, способные стабилизировать сетевое напряжение при незначительных его отклонениях от номинального значения, и переходящие в режим аварийного источника питания с аппроксимированной синусоидой при его полном пропадании;
  • on-line, или ИБП с двойным преобразованием электрической энергии, обеспечивающие подключенную нагрузку стабилизированным сетевым напряжением при значительных его перепадах и выполняющие функции аварийного источника при полном его отключении.

В состав бесперебойного источника любого вида входит аккумуляторная батарея, которая является накопителем электрической энергии. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству питания устройств, являющихся нагрузкой ИБП с аппроксимированной синусоидой, применяются те или иные схемотехнические решения.

ИБП вида off-line

Пассивный ИБП этого вида является источником резервного действия. Его устройство коммутации при нормальных параметрах качества сетевого напряжения обеспечивает непосредственное подключение нагрузки к питающей сети. В случае кратковременного пропадания напряжения на входе ИБП коммутирующее устройство переводит питание потребителей на аварийный (резервный) режим. Источником электрической энергии в этом случае является встроенный аккумулятор.

Его напряжение постоянного тока инвертором преобразуется в модифицированную синусоиду напряжения переменного тока, которое через контакты электромагнитного реле коммутатора поступает для питания нагрузки. Для подзарядки аккумуляторной батареи (АКБ) служит выпрямитель напряжения внешней питающей сети. Для ее защиты от высокочастотных помех, возникающих при работе импульсного инвертора, в ИБП предусмотрен фильтр. Его элементы также защищают устройства нагрузки от кратковременных скачков превышения сетевого напряжения.

Линейно-интерактивные источники

Line-interactiv ИБП, в отличие от источника резервного действия, способен стабилизировать напряжение сети при непосредственном подключении нагрузки к ней через контакты электромагнитного реле. Это обеспечивается использованием автотрансформатора во входной цепи. Переключение его обмоток производится автоматически в зависимости от величины сетевого напряжения. При его увеличении или уменьшении переменное напряжение на его выходе сохраняет номинальное значение 220 В. Автотрансформатор наиболее распространенных ИБП этого вида осуществляет регулирование в диапазоне (150-270) В изменения напряжения внешней питающей сети.

Переключение контактора и переход на аварийный режим питания нагрузки модифицированной синусоидой происходит при чрезмерном изменении сетевого напряжения, выходящим за диапазон регулирования. Точность регулирования определяется числом отводов (ступеней) автотрансформатора. В аварийном режиме питания устройств нагрузки переменным напряжением аппроксимированной синусоиды работа происходит так же, как в ИБП вида off-line.

ИБП вида on-line

Двойное преобразование электрической энергии в источниках бесперебойного питания этого вида позволяет получать аппроксимированную синусоиду выходного переменного напряжения, приближающуюся по форме к чистому синусу. Сетевое напряжение, преобразованное в постоянное напряжение выпрямителем, затем претерпевает обратное преобразование инвертором в переменное напряжение, которое используется для питания нагрузки.

Встроенный аккумулятор заряжается постоянным током выпрямителя и включается в работу в аварийном режиме. Накопленная им энергия постоянного тока преобразуется инвертором в выходное переменное напряжение, питающее оборудование нагрузки. Схема источника такого вида допускает подключения дополнительной внешней АКБ для ИБП.

При восстановлении сетевого напряжения в пределах его нормального значения происходит переключение питания нагрузки от первичной сети переменного тока. Электрическая емкость АКБ для ИБП определяет время, в течение которого потребители могут работать при внезапном пропадании сетевого напряжения.

Технические характеристики ИБП

Выбор ИБП производится на основе его технических характеристик. К техническим характеристикам, определяющим качество выполнения требований, предъявляемых к изделиям этого назначения относятся:

  • мощность на выходе источника с подключенной нагрузкой, измеряемая в вольт-амперах (ВА) или ваттах (Вт);
  • диапазон выходного напряжения с подключенной нагрузкой, измеряемый в вольтах (V);
  • время переключения, определяющее время перехода питания нагрузки в резервном режиме от АКБ, измеряемое в миллисекундах (ms);
  • диапазон входного сетевого напряжения, в пределах которого ИБП способен стабилизировать выходное напряжения без перехода на резервный режим питания от АКБ;
  • коэффициент нелинейных искажений, определяющий в процентном соотношении отличие формы выходного сигнала от чистой синусоиды;
  • время работы в автономном резервном режиме питания от АКБ при подключенной нагрузке, определяемое электрической емкостью внутреннего аккумулятора;
  • срок службы собственных АКБ, зависящий от технологии их изготовления.

При выборе ИБП не последнюю роль играет и цена бесперебойника. Она напрямую зависит от схемотехнических решений, примененных разработчиком при создании выбранной потребителем модели, и составляет от двух до десятков тысяч рублей.

Области применения

UPS источники бесперебойного питания могут использоваться совместно с активной нагрузкой — устройствами, в состав которых входят импульсные блоки питания.

ИБП не применяются для питания потребителей, имеющих значительную реактивную индуктивную составляющую (силовые сетевые трансформаторы электронных устройств старых моделей, обмотки двигателей, насосы отопительных бытовых котлов). Каждая из существующих схем бесперебойных источников питания рассчитана на определенный круг потребителей с учетом своих преимуществ и недостатков.

Заключение

В статье дан краткий обзор существующих на сегодняшний день источников бесперебойного питания с модифицированной синусоидой. Рассмотрены схемотехнические решения, примененные разработчиками при их создании. После ознакомления с изложенным материалом, читатель, заинтересованный в приобретении ИБП для решения своих проблем, сможет изучать комплект документации к нему, не испытывая при этом затруднений. Следует при этом не забывать, что высокое изделия предполагает и более высокую его цену при покупке.

КАКОЙ ИНВЕРТОР ЛУЧШЕ?

Инверторной системой называют систему, функционирующую в роли резервного накопителя электроэнергии. Когда энергия присутствует, то ее накапливают в батареях, а когда сеть отсутствует, то нагрузка перебрасывается на наполненные аккумуляторы.

Данная система может обеспечить бесперебойность и автономную работу устройств переменного тока, когда случаются аварии во внешней сети. Инверторы могут преобразовывать ток напряжением 12 или 24 вольт в 220 вольт напряжение. Аккумуляторные батареи чаща все дают напряжение 12 вольт, а солнечные — 24 вольта. При этом батареи могут быть глубокого цикла, что является более предпочтительными, в отличие от иных аккумуляторов.

Использование как источника 220 вольт от автомобиля. Мы подключаем инвертор к батарее, а затем включаем в него бытовой прибор. На выходе мы получаем мобильный источник напряжением 220 вольт. Если у вас есть инвентор, то любой бытовой прибор сможет быть с вами в любое время, вне зависимости от наличия или отсутствия электричества, что особенно актуально на даче, на рыбалке или в походе. Однако не стоит думать о том, что такой преобразователь, сможет обеспечить вам электроэнергию на протяжении большого количества времени — его работа ограничена 2-3 часами интенсивной работы (при работе от автомобильной батареи). Существенно больше время автономной работы дают специалье «тяговые» батареи для источников бесперебойного питания (с ними время работы может достигать десятки часов).

Автомобильный инвертор может быть с током чистого синуса и «квази — синуса». Не углубляясь в физику, можно отметить, что для большинства бытовых приборов (освещение, радио, ТВ, холодильники) используют квази-синус (модифицированная синусоида).

На квази-синусе не будут работать или могут выйти из строя следующие приборы: автоматика газовых котлов, бесперебойно работающие циркуляционные насосы (перегрев и гудение). Есть мнение, что импульсные блоки питания (например, для нотбуков и ЖК-экранов) выходят из строя. Квази-синус не рекомендован при питании особо ценных бытовых приборов (плазма и аудио аппаратура, видеопроекционная техника).

Преимуществом моделей с чистой синусоидой тока 220 вольт можно назвать:

  1. Форма волн переменного тока в 220 вольт на выходе имеют очень малые единицы гармонических искажений, и не отличаются от стандартного напряжения в бытовой сети 220 вольт.
  2. Индуктивные двигатели в микроволновых печах, и в других домашних приборах, которые содержат электродвигатели, работают, нагреваясь меньше.
  3. Небольшой шум в лампах дневного света, усилителях, факсов, игровых приставок и т.д.
  4. Меньше вероятность зависания компьютера, перебоев и шума, ошибок печати принтера.
  5. Размеренная работа некоторых приборов, которые не функционируют с током синусоиды:
    • копир, лазерный принтер и оптический дисковод
    • некоторые ПК
    • лампы дневного света
    • инструменты с транзисторами, а также переменной скоростью вращения
    • зарядные устройства для электроинструментов
    • приборы, которые управляются микропроцессорами
    • часы с радио (цифровые)
    • швейные машинки с переменной скоростью двигателя и с контролем микропроцессора
    • кислородные концентраторы и иные медицинские приборы

Инверторы с модифицированной синусоидой работают практически со всеми бытовыми электроприборами. Если в ваши планы входит обеспечение бесперебойного питания для освещения в доме, работы телевизора, холодильного оборудования, то инвертор с модифицированной синусоидой является самым экономичным решением. ИБП с чистым синусом предназначаются для работы с наиболее чувствительной и дорогой аппаратурой.

Добавить комментарий