Инверторы представляют собой преобразователи постоянного напряжения в переменное. Основными элементами инверторов (и конверторов тоже) являются коммутационные приборы, которые периодически прерывают ток или меняют его направление. Инверторы классифицируют по типу коммутирующего прибора (транзисторные или тиристорные), по роду преобразуемой величины (инверторы тока или напряжения), по принципу коммутации (автономные или ведомые сетью). Транзисторные инверторы используются при малых мощностях, не превышающих сотни Вт, тиристорные - при больших мощностях и токах, доходящих до сотен ампер.

В преобразовательных установках инверторный режим может чередоваться с выпрямительным режимом, особенно в электроприводах постоянного тока. В двигательном режиме преобразователь работает как выпрямитель, передавая мощность двигателю постоянного тока. При переходе электродвигателя в генераторный режим (спуск груза, движение под уклон и т.п.) преобразователь работает как инвертор, отдавая энергию постоянного тока, генерируемого электрической машиной, в сеть переменного тока. При инвертировании источник постоянного напряжения работает как генератор энергии, характеризующийся тем, что направление этого ЭДС и тока совпадают, а нагрузка переменного тока - как потребитель, у которого ЭДС и ток встречны.

Инверторы, ведомые сетью. На рис.3.41 показана схема однофазного двухполупериодного инвертора с нулевым выводом. Тиристоры отпираются поочередно схемой управления через каждую половину периода a = p, а запирание их происходит вторичным напряжением U 2 трансформатора, создаваемым сетью. Поэтому инвертор называется ведомым. По отношению к E тиристоры включены в прямом направлении. Напряжения U 2-1 , U 2-2 на вторичных обмотках периодически меняют знак, в одну половину периода складываясь с E , а в другую - вычитаясь из него. Энергия передается от инвертора в сеть переменного тока тогда, когда направление тока i 2 и переменного напряжения U 2 противоположны, т.е. когда и U 2 и Е встречны.

Процесс инвертирования возможен только тогда, когда U 2 > Е . В режиме инвертирования U 2 (U 1) и I 2 (I 1) противофазны, что и является показателем передачи энергии в сеть.

При a = 0 (в общем случае при 0 < a < p/2) инвертор может работать как выпрямитель.

Для перевода схемы из режима выпрямления в режим инвертирования необходимо:

1) подключить источник постоянного тока полярностью, обратной режиму выпрямления;

2) обеспечить открывание тиристоров при отрицательной полярности напряжения на полуобмотках U 2-1 , U 2-2 .

Но если очередной тиристор отпирать точно при угле управления a = p, то другой тиристор еще не успеет закрыться, т.к. для закрывания необходимо время, равное t выкл тиристора. Тогда на время t выкл образуется цепь короткого замыкания по цепи: вторичная обмотка - запирающийся тиристор - источник Е . Указанное явление называют срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора. Чтобы избежать этого нежелательного процесса необходимо угол регулирования a сделать меньше p на некоторый угол b , называемый углом опережения отпирания - рис.3.42 .

Угол опережения должен быть достаточным для того, чтобы могла совершиться коммутация токов тиристоров (период коммутации γ) и для того, чтобы после коммутации закрывающийся тиристор успел восстановить свои запирающие свойства.

Мощность, отдаваемая в сеть инвертором, может регулироваться 3-мя способами: изменением угла опережения при постоянном Е ; изменением напряжения источника питания Е при постоянном опережении b изменением напряжения переменного тока U 2 .

Автономный инвертор тока показан на рис. 3.43. Источник питания Е работает в режиме источника тока, из-за наличия дросселя L o большой индуктивности. Тиристоры T 1 , T 2 открываются попеременно запускающими импульсами U вх.1 , U вх.2 , поступающими из системы управления.

Открывшись, тиристор T 1 подключает левую на чертеже полуобмотку w 1-1 к источнику питания Е и в ней возникает ток i т1 . Этот ток наводит ЭДС во второй (правой) полуобмотке w 1-2 и во вторичной обмотке w. Конденсатор С к, заряжается до удвоенного значения напряжения питания Е. После поступления входного управляющего импульса U вх.2 тиристор T 2 открывается и напряжение на конденсаторе запирает первый тиристор T 1 . Конденсатор С к, разряжается через первичную обмотку и некоторое время (t выкл) - через оба открытых тиристора. Как только тиристор T 2 закроется, разряд С к, прекращается и начинается его перезарядка до 2Е другой полярностью.

В режиме холостого хода при переключении тиристоров могут возникнуть большие перенапряжения, неблагоприятно сказывающиеся на тиристорах и конденсаторе. Чтобы этого не произошло, применяют усовершенствованную схему с отсекающими диодами.

Для преобразования постоянного тока в переменный применяют специальные электронные силовые устройства, называемые инверторами. Чаще всего инвертор преобразует постоянное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины.

Таким образом, инвертор - это генератор периодически изменяющегося напряжения, при этом форма напряжения может быть синусоидальной, приближенной к синусоидальной или импульсной . Инверторы применяют как в качестве самостоятельных устройств, так и в составе систем бесперебойного электроснабжения (UPS).

В составе источников бесперебойного питания (ИБП), инверторы позволяют, например, получить непрерывное электроснабжение компьютерных систем, и если в сети напряжение внезапно пропадет, то инвертор мгновенно начнет питать компьютер энергией, получаемой от резервного аккумулятора. По крайней мере, пользователь успеет корректно завершить работу и выключить компьютер.

В более крупных устройствах бесперебойного электроснабжения применяются более мощные инверторы с аккумуляторами значительной емкости, способные автономно питать потребители часами, независимо от сети, а когда сеть снова вернется в нормальное состояние, ИБП автоматически переключит потребители напрямую к сети, а аккумуляторы начнут заряжаться.

Техническая сторона

В современных технологиях преобразования электроэнергии инвертор может выступать лишь промежуточным звеном, где его функция - преобразовать напряжение путем трансформации на высокой частоте (десятки и сотни килогерц). Благо, на сегодняшний день решить такую задачу можно легко, ведь для разработки и конструирования инверторов доступны как полупроводниковые ключи, способные выдерживать токи в сотни ампер, так и магнитопроводы необходимых параметров, и специально разработанные для инверторов электронные микроконтроллеры (включая резонансные).

Требования к инверторам, как и к другим силовым устройствам, включают: высокий КПД, надежность, как можно меньшие габаритные размеры и вес. Также необходимо чтобы инвертор выдерживал допустимый уровень высших гармоник во входном напряжении, и не создавал неприемлемо сильных импульсных помех для потребителей.

В системах с «зелеными» источниками электроэнергии (солнечные батареи, ветряки) для подачи электроэнергии напрямую в общую сеть, применяют Grid-tie – инверторы, способные работать синхронно с промышленной сетью.

В процессе работы инвертора напряжения, источник постоянного напряжения периодически подключается к цепи нагрузки с чередованием полярности, при этом частота подключений и их продолжительность формируется управляющим сигналом, который поступает от контроллера.

Контроллер в инверторе обычно выполняет несколько функций: регулировка выходного напряжения, синхронизация работы полупроводниковых ключей, защита схемы от перегрузки. Принципиально инверторы делятся на: автономные инверторы (инверторы тока и инверторы напряжения) и зависимые инверторы (ведомые сетью, Grid-tie и т.д.)

Схемотехника инверторов

Полупроводниковые ключи инвертора управляются контроллером, имеют обратные шунтирующие диоды. Напряжение на выходе инвертора, в зависимости от текущей мощности нагрузки, регулируется автоматическим изменением ширины импульса в блоке высокочастотного преобразователя, в простейшем случае это .

Полуволны выходного низкочастотного напряжения должны быть симметричными, чтобы цепи нагрузки ни в коем случае не получили значительной постоянной составляющей (для трансформаторов это особенно опасно), для этого ширина импульса НЧ-блока (в простейшем случае) делается постоянной.

В управлении выходными ключами инвертора, применяется алгоритм, обеспечивающий последовательную смену структур силовой цепи: прямая, короткозамкнутая, инверсная.

Так или иначе, величина мгновенной мощности нагрузки на выходе инвертора имеет характер пульсаций с удвоенной частотой, поэтому первичный источник должен допускать такой режим работы, когда через него текут пульсирующие токи, и выдерживать соответствующий уровень помех (на входе инвертора).

Если первые инверторы были исключительно механическими, то сегодня есть множество вариантов схем инверторов на полупроводниковой базе, а типовых схем всего три: мостовая без трансформатора, двухтактная с нулевым выводом трансформатора, мостовая с трансформатором.

Мостовая схема без трансформатора встречается в устройствах бесперебойного питания мощностью от 500 ВА и в автомобильных инверторах. Двухтактная схема с нулевым выводом трансформатора используется в маломощных ИБП (для компьютеров) мощностью до 500 ВА, где напряжение на резервном аккумуляторе составляет 12 или 24 вольта. Мостовая схема с трансформатором применяется в мощных источниках бесперебойного питания (на единицы и десятки кВА).

В инверторах напряжения с прямоугольной формой на выходе, группа ключей с обратными диодами коммутируется так, чтобы получить на нагрузке переменное напряжение и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи .

За пропорциональность выходного напряжения отвечают: относительная длительность управляющих импульсов либо сдвиг фаз между сигналами управления группами ключей. В неконтролируемом режиме циркуляции реактивной энергии, потребитель влияет на форму и величину напряжения на выходе инвертора.

В инверторах напряжения со ступенчатой формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь формирует однополярную ступенчатую кривую напряжения, грубо приближенную по своей форме к синусоиде, период которой равен половине периода выходного напряжения. Затем мостовая НЧ-схема превращает однополярную ступенчатую кривую в две половинки разнополярной кривой, грубо напоминающей по форме синусоиду.

В инверторах напряжения с синусоидальной (или почти синусоидальной) формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь генерирует постоянное напряжение близкое по величине к амплитуде будущей синусоиды на выходе.

После этого мостовая схема формирует из постоянного напряжения переменное низкой частоты, путем многократной ШИМ, когда каждая пара транзисторов на каждом полупериоде формирования выходной синусоиды открывается несколько раз на время, изменяющееся по гармоническому закону. Затем НЧ-фильтр выделяет из полученной формы синус.

Простейшие схемы предварительного высокочастотного преобразования в инверторах являются автогенераторными. Они довольно просты в плане технической реализации и достаточно эффективны на малых мощностях (до 10-20 Вт) для питания нагрузок не критичных к процессу подачи энергии. Частота автогенераторов не более 10 кГц.

Положительная обратная связь в таких устройствах получается от насыщения магнитопровода трансформатора. Но для мощных инверторов такие схемы не приемлемы, поскольку потери в ключах возрастают, и КПД получается в итоге низким. Тем более, любое КЗ на выходе срывает автоколебания.

Более качественные схемы предварительных высокочастотных преобразователей - это обратноходовые (до 150 Вт), двухтактные (до 500 Вт), полумостовые и мостовые (более 500 Вт) на ШИМ контроллерах, где частота преобразования достигает сотен килогерц.

Типы инверторов, режимы работы

Однофазные инверторы напряжения подразделяются на две группы: с чистым синусом на выходе и с модифицированной синусоидой. Большинство современных приборов допускают упрощенную форму сетевого сигнала (модифицированную синусоиду).

Чистая же синусоида важна для приборов, у которых на входе есть электродвигатель или трансформатор, либо если это специальное устройство, работающее только с чистой синусоидой на входе.

Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например, для питания . При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора. По мощности инвертор выбирают исходя из пикового значения оной для потребителя.

Вообще, существует три рабочих режима инвертора: пусковой, длительный и режим перегрузки. В пусковом режиме (заряд емкости, пуск холодильника) мощность может на долю секунды двукратно превысить номинал инвертора, это допустимо для большинства моделей. Длительный режим - соответствующий номиналу инвертора. Режим перегрузки - когда мощность потребителя в 1,3 раза превышает номинал - в таком режиме средний инвертор может работать примерно полчаса.

Инвертор в электронике что это такое

Инвертором в электронике и электротехнике называется устройство для преобразования постоянного тока в переменный с регулируемыми или постоянными значениями напряжения и частоты на выходе. Если инвертор расчитан на нагрузку, не имеющую альтернативного источника питания, он называется автономным. Они нашли широкое применение для питания потребителей переменным током от аккумуляторных батарей или других источников, для электроприводов с частотным регулированием, в различных системах прямого преобразования энергии, в сварочных аппаратах в силовой и медицинской технике и т. п.

Отдельно можно выделить понятие инвертор : это - логический элемент, выполняющий логическую операцию отрицания (инверсия)

Работа инвертора основана на переключении источника постоянного напряжения с определенной частотой с целью периодического изменения полярности напряжения на выходе устройства. Частота задается управляющими сигналами управления, формируемыми специальной схемой, называемой контроллером. От также можеть выполнять следующие функции: регулировка уровня напряжения, синхронизация частоты переключения, защита от перегрузок и т.п.

По принципу работы инверторы можно разделить на:

Автономные делятся на инверторы напряжения (АИН), например - в компьютерных ИБП и инверторы тока (АИТ)
Зависимые - ведомые сетью, например - силовой преобразователь рентгеновского .

В роли переключательных элементов в автономных инверторах (АИ) нашли широкое применение все виды транзисторов, а также стандартные и двухоперационные тиристоры. Транзисторные ключи на биполярных и полевых транзисторах применяются в устройствах небольшой и средней мощности. Тиристоры и чаще используют в мощных схемах.

Все АИ можно поделить на ряд видов.

По схеме преобразования: однофазные, трехфазные, разновидности схемы питания и некоторым другим свойствам.
По способу коммутации : полностью коммутируемые по цепям управления и с коммутирующими конденсаторами, подсоединенными параллельно нагрузке и последовательные инверторы с двухступенчатой коммутацией
А также АИ напряжения (АИН) и тока (АНТ) в зависимости от вида источника питания и его связи с АИ

Устройства этого типа генерируют в нагрузке переменное напряжение с помощью периодического подсоединения ее к источнику напряжения за счет поочередного попарного подключения вентилей смотри рисунок ниже.

Источник питания работает в режиме генератора напряжения (аккумулятор или выпрямитель с емкостным фильтром).

Каждый тиристор снабжен схемой коммутации. При работе схемы на нагрузке образуются импульсы напряжения прямоугольной формы, а форма тока зависит от ее характера нагрузки. Если она чисто активная, то форма токовых импульсов повторяет форму напряжения (пунктир на диаграме), если нагрузка активно-индуктивная, ток i н меняется по экспоненте с постоянной времени:

При запирании очередной пары тиристороы (VD1 и VD4) и отткрытии другой Uн меняется скачком, а ток некоторое время продолжает сохранять свое направление. Для обеспечения протекания этого тока нужны обратные диоды VD5- VD8, затем ток замыкается через емкость С.

Частота тока в нагрузке задается управляющей схемой, нагрузочная характеристика инвертора - жесткая, т.к напряжение на нагрузке Un = Е.

Поэтому входной ток АИН будет (при RL-нагрузке) знакопеременным, то при работе АИН от выпрямителя требуется конденсатор С большим номиналом емкости. Такая схема способна работать в огромном диапазоне нагрузок - от холостого хода (ХХ) до значений, при которых вероятна перегрузка вентилей.

Максимальные токовые уровни в нагрузке при симметричном характере выходного напряжения будут равны:

I нmax =I 0 ×(1-e -T/2τ / 1+e -T/2τ)

Где, I 0 = E/R н; τ = Lн/Rн; T - период

Регулировать напряжение на выходе инвертора можно, либо изменяя Е, либо с помощью широтно-импульсного регулирования. Последнее можно осуществить несколькими способами:

каждый импульс напряжения в нагрузке АИН образуется из нескольких, изменяющих свою длительность (рисунок а);
сокращение времени работы в каждый полупериод за счет закрывания одной пары тиристоров и включения другой пары с задержкой (рисунок б);
Использованием 2-х инверторов, работающих на общую нагрузку через трансформатор с геометрическим сложением выходных напряжений с помощью регулировки фазы в управляющих схемах (в).

В первых двух вариантах возрастают амплитуды высших гармоник, но в первом случае можно по лучить выходное напряжение, близкое к синусоидальной форме.

Схема получает питание через индуктивность большого номинала, поэтому потребляемый ток практически не изменяется. При поочередном переключении вентельных пар (не запираемых) в нагрузке генерируются прямоугольные токовые импульсы, а форма напряжения зависит от характера нагрузки, которая обычно бывает активно-емкостной.

Как видно из схемы ниже при очередном переключении тиристоров (допустим, работали VD1 и VD4, а включаются VD2 и VD3) через нагрузку ток изменяется скачкообразно, а за счет перезаряда емкости С в течение некоторого временного интервала ранее работавшие тиристоры окажутся под обратным напряжением и поэтому запираются. Необходимо добится того, чтобы этот интервал был больше времени отключения полупроводникового вентиля. Чем больше постоянная времени тау, тем медленнее изменяется напряжение на нагрузке, закон его изменения при этом практически приближается к линейному, а форма импульсов стремится к треугольной. Внешняя характеристика токового инвертора - мягкая (крутопадающая), режим холостого хода полностью невозможен.

Относительное значение напряжения на нагрузке и внешней вид характеристики могут быть приблизительно вычеслены по формуле:

Следует добавить, что при активно-индуктивной нагрузке устройство неработоспособно и такую нагрузку следует обязательно шунтировать конденсатором.

Так как в реальных условиях трудно обеспечить L= ∞ или С= ∞ реальные схемы АИН и АИТ обладают некоторыми промежуточнымисвойствами.

Для питания однофазной маломощной нагрузки с напряжением, заметно отличающимся от уровня источника питания, удобно использовать схему, в которой одна пара полупроводниковых вентилей заменена полуобмотками трансформатора, а сам он позволяет согласовать U n и U н.

При включении вентиля VD1 ток протекает от блока питания через индуктивность, полуобмотку трансформатора W1 и собственно VD1. Во вторичной обмотке наводится ЭДС, и генерируется ток в подключенной нагрузке.

Коммутирующая емкость С заряжается почти до уровня удвоенного сетевого напряжения (за счет возникающей ЭДС самоиндукции в W2). Когда схема управления СУ включит второй тиристор, конденсатор оказывается подсоединенным параллельно VD1, тот запирается и алгоритм работы повторяется.

В нагрузке генерируется напряжение с частотой, задаваемой схемой управления. Форма напряжения зависит от сопротивления нагрузки Rн (при больших значениях она ближе к треугольной, при более низких - к прямоугольной), величина -от коэффициента трансформации, Е и значения R н.

Напряжение на индуктивности определяется разностью между U c (пересчитанным к половине первичной обмотки) и Е. В режимах, приближенных к ХХ, емкость заряжается неизменным током, причем U c может достигать огромных (> Е) значений, что опасно для полупроводниковых элементов.

В роли управляющей схемы можно использовать транзисторный симметричный мультивибратор с эмиттерными повторителями, подсоединенными к управляющим электродам тиристоров, питающийся от того же блока питания.

Последовательные инверторы в отдельных случаях используются для получения переменного тока частотой (f= 2...50 кГц). Они имеют собственную резонансную цепочку, при помощи которой осуществляется коммутация тиристоров. Схема на рисунке ниже работает следующим образом. При подаче управляющего сигнала открывается VD1, ток идет через L1, Rн, С. В следующий полупериод включается тиристор VD2 и конденсатор С, заряженный во время первого полупериода, разряжается через Rн, L2 и второй тиристор. Схема способна работать в нескольких режимах.

В режиме прерывистых токов (смотри график б) VD1 выключается после спадания тока заряда емкости С, т. е. до того момента, когда управляющая схема включает второй тиристор (и наоборот). В результате появляется временной интервал, когда оба тиристора ток не проводят и Iн = 0.

В режиме непрерывных токов (график, г) первый тиристор отключается в момент включения VD2, т. е. появляется состояние, когда ток пропускают оба тиристора. Выключение VD1 при этом происходит за счет того, что при включении VD2 и протекании тока разряда конденсатора через L2 в L1 генерируется противо-ЭДС, достаточная для снижения тока открытого первого тиристора до нуля. Для этого требуется, чтобы включение VD2 былоо тогда, когда ток через VD1 уже начал падать. Иначе неизбежен режим "сквозного" тока протекающего через VD1, L1, L2 и VD2, т. е. режим короткого замыкания.

Оптимальным считается граничный режим (график, в), при котором форма тока в нагрузке стремится к синусоидальной. Такие инверторы целесообразно использовать при постоянных значениях всех параметров, в.т.ч нагрузки, при этом обеспечивается жесткая внешняя характеристика. Так как при низких нагрузках инвертор способен выпасть из режима, параллельно R н подключают конденсатор С 0 и инвертор превращается в последовательно-параллельный.

Если подсоединить еще одну емкость С1, то инвертор из однотактного трансформируется в двухтактный, в то время, когда заряжается С, разряжается С1 и наоборот. Это существенно повышает эффективность работы схемы. Последовательные инверторы бывают и многофазными.

Слово «инвертор» применительно к электротехнике означает устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в переменный ток . При этом амплитуда напряжения может изменяться в большую или меньшую сторону.

Инверторы могут быть как отдельными устройствами (сварочный или преобразователь напряжения бортовой сети автомобиля в напряжение 220 В переменного тока), так и отдельным блоком или частью схемы (блок питания компьютера, телевизора). Мы же сейчас поговорим об устройствах, использующихся для электропитания в аварийных ситуациях, связанных с исчезновением напряжения сети.

Куда уходит напряжение и когда вернется?

Нет сетей со стопроцентной надежностью . Внезапно свет в квартире или доме гаснет. Связано это с повреждениями кабельных или воздушных линий, электрооборудования подстанций. Аварии в пределах города, если они не связаны со стихийными бедствиями, ликвидируются относительно быстро. Для этого работают диспетчерские службы и оперативные бригады. А исключить поврежденный участок и заменить его другим возможно из-за их взаимного резервирования.

В сельской местности и дачных хозяйствах все иначе. Линия питания одна, ехать бригаде далеко. После ураганов или гроз количество поваленных деревьев на провода линий увеличивает шансы остаться в темноте надолго. А при повреждении силового трансформатора ждать придется больше суток.

Время идет, продукты в холодильнике портятся. Не вскипятить чайник – он электрический. Приготовить ужин не на чем. Разрядилась батарея мобильного телефона – невозможно позвонить в МЧС. В темноте не найти лекарство для бабушки. Остывают нагревательные приборы, а вместе с ними – и сам дом.

Чтобы этого не происходило, нужен персональный, независимый от сети источник электроснабжения . Для этой цели и применяется инвертор.

Принцип работы источника бесперебойного питания

Простейший инвертор – источник бесперебойного питания (ИБП) компьютера . Внутри него находится аккумулятор, накапливающий энергию. Он работает в режиме постоянной подзарядки. Для этой цели в состав ИБП входит зарядное устройство, следящее за уровнем напряжения на батарее. В зависимости от него оно регулирует ток заряда или отключает батарею.

Как только напряжение питания исчезает, устройство управления отключает нагрузку от сети. Одновременно она подключается к аккумулятору через инвертор, являющийся частью ИБП.

Аккумуляторные батареи на 220 В существуют, но занимают помещение, размером с комнату. Поэтому во всех ИБП аккумуляторы изготавливаются на низкое напряжение. Инвертор, преобразуя его в синусоидальное, одновременно повышает эту величину до номинального напряжения сети.

Такой источник питания хорош тем, что постоянно готов к работе и переключается мгновенно . Но вот главные его недостатки, не позволяющие использовать ИБП для бесперебойного электроснабжения дома или его части:

Инвертор для бесперебойного энергоснабжения дома

Инвертор является логичным развитием источника бесперебойного питания компьютера, лишенным присущих ему недостатков.

Увеличение емкости аккумуляторной батареи напрямую связано с ее габаритными размерами. Размещать ее в корпусе инвертора становится нецелесообразным. Поэтому он выделяется в самостоятельное устройство, решающее три основных задачи:

• заряд батареи и контроль напряжения сети;
• переключение источников снабжения;
• преобразование напряжения батареи в величину 220 В переменного тока.

Основная характеристика инвертора – его мощность . Но при ее выборе учитывается один нюанс. Мы уже говорили, что ИБП не может работать с перегрузкой. То же самое касается и инвертора. Если в составе нагрузки планируются холодильник, электродвигатели насосов отопительных котлов, то учитываются их пусковые токи . В момент запуска электродвигатели потребляют ток, в 3-5 раз больший номинального. Если суммарный ток нагрузки при включении холодильника превысит номинальный ток инвертора, его отключит защита.

Еще одна характеристика инвертора, на которой стоит заострить внимание, это – качество преобразования постоянного тока в переменный. Напряжение в сети изменяется во времени по синусоидальному закону. Ни одно бытовое полупроводниковое устройство не сгенерирует синусоидальное напряжение так, чтобы оно в точности повторяло сетевое. Величина напряжения на выходе изменяется не плавно, а дискретно, ступеньками. Чем чаще происходит это изменение (выше частота дискретизации ), тем точнее сформированный сигнал повторяет синусоидальный.

Но увеличение частоты дискретизации ведет к удорожанию устройства. А ступенчатая форма напряжения неприемлема для работы электродвигателей и некоторых полупроводниковых устройств. Такие инверторы, вырабатывающие так называемую модифицированную синусоиду , используются только для питания активной нагрузки: нагревательные элементы, лампы накаливания. Для приборов, критичных к форме напряжения питания, придется приобрести более дорогой инвертор .

Выбор аккумуляторов для инвертора

Батареи к инвертору приобретаются отдельно . Но и тут есть особенность: аккумуляторы бывают кислотными или щелочными. Принципы заряда у них разные, поэтому каждый инвертор годится только для работы с определенным типом батарей . Иначе он будет неправильно определять степень заряженности аккумуляторов и заряжать их.

Использование автомобильных аккумуляторных батарей в составе инверторов не оправдано. Они, хоть и способны выдать в течение короткого времени мощный импульс тока (в автомобиле это нужно для работы стартера), не переносят глубоких разрядов. А разряды неизбежны при длительной работе инвертора. Поэтому ресурс таких батарей в системах энергоснабжения ограничен.

Для работы с инверторами оптимально применение гелевых или стекловолоконных аккумуляторов. Они изготовлены по специальной технологии и способны многократно переносить глубокие разряды без потерь. И опять же: зарядное устройство инвертора должно поддерживать режим заряда таких батарей.

Выбирая емкость аккумуляторов, исходят из желаемого времени автономной работы устройства (T). Его нетрудно подсчитать, зная емкость (C) , мощность планируемой нагрузки (P) и напряжение батареи (U):

Цифры в последней колонке не впечатляют. Да и стоимость инверторов и аккумуляторов к ним не такая уж и маленькая.

Так есть ли смысл в инверторе?

Достоинства и недостатки инверторов

Альтернативой инверторам являются дизельные или бензиновые генераторы. Поэтому и выявлять их достоинства будем, сравнивая с получением электричества с помощью двигателей внутреннего сгорания. Перечислим недостатки генераторов, от которых можно избавиться с помощью инверторов :

• необходимость постройки отдельного помещения с вентиляцией и подогревом в зимнее время;
• хранение запаса топлива (а для дизеля – замена летнего топлива на зимнее при наступлении холодов);
• шум при работе, доставляющий неудобство не только хозяевам, но и соседям;
• необходимость периодического обслуживания (проверки уровня масла, замены свечей, фильтров);
• ручной запуск, необходимость контроля параметров в процессе работы.

Инвертору же не требуется отдельного помещения, он не создает шума при работе (работа вентиляторов охлаждения – не в счет). Вмешательство пользователя в процесс работы не требуется. При разряде аккумулятора (падении величины напряжения на батарее до минимально возможного уровня) устройство само отключится и замрет в ожидании восстановления напряжения сети. Затем оно зарядит батарею, и будет ждать, когда сможет вновь оказаться полезным.

И автоматическое переключение с питания от сети на питание от батареи подкупает. Но время автономной работы инвертора мало . Даже, если уменьшить нагрузку до минимально возможной, рано или поздно батарея разрядится. «Конец света» отсрочен, но неизбежен.

Поэтому при решении вопроса: что использовать для аварийного питания жилища – генератор или инвертор рассматривают комплекс факторов.

Инвертор или генератор?

Для начала собирают статистические данные о том, как часто и на какой период пропадает напряжение в городе или поселке. Если эти события случаются очень редко, то нет смысла приобретать генератор, строить для него отдельное помещение, где он будет простаивать в ожидании своего часа.

Затем определяют суммарную мощность электроприборов , питание которых планируется от инвертора в аварийном режиме работы. В этот список нет смысла включать наружное и подвальное освещение, а при наличии в доме трех телевизоров достаточно одного. В целях экономии жертвуют теми электроприборами, без которых можно пережить сутки или двое. Остальные при исчезновении напряжения питания придется отключить от сети вручную, или предусмотреть для этой цели автоматику.

Но зато учитывают систему теплоснабжения (отопительный котел), если он есть. Причем, с учетом всех пусковых токов его электродвигателей, не исключено, что ему придется запускаться при питании дома от инвертора.

И не забывают главное – холодильник с его пусковым током, если он компрессорный. Также добавить в список микроволновую печь или электроплитку, электрочайник.

По суммарной мощности нагрузки выбирают модель инвертора , учитывая дополнительно, какого качества синусоидальное напряжение он будет вырабатывать.

Затем выбираются аккумуляторные батареи с учетом желаемого времени работы инвертора на рассчитанную ранее нагрузку. И здесь нужен разумный подход. Если финансов недостаточно, то придется заранее продумать, чем можно пожертвовать. Во главу угла ставятся те нагрузки, для которых требуется постоянная работа: холодильник, котел, приборы отопления. Компьютеры и телевизор на определенном этапе придется отключить, чтобы батарея инвертора продержалась подольше.

Осталось сложить цены, получив итоговую сумму. И проделать тот же самый расчет для генераторной установки . Здесь тоже можно сэкономить: при нечастых отключениях от сети совсем не обязательно строить под нее помещение. Можно хранить ее в сарае, а при необходимости – вынести на улицу и подключить к сети с помощью гибкого кабеля и разъемного соединения. Не забудьте добавить в список запасные части, необходимые для обслуживания установки в течение срока службы альтернативного ей инвертора. Только так можно рассчитать экономический эффект, а не первоначальные затраты на приобретение оборудования. Инвертор не потребует дополнительных капиталовложений на протяжении всего срока службы, а вот двигателю внутреннего сгорания уход необходим всегда.

Теперь сравниваем получившиеся суммы и принимаем решение. И помните: за комфорт всегда нужно переплачивать . Готовы вы к этому или нет – решать вам.

Инверторы подразделяются на зависимые (ведомые сетью) и автономные (независимые).

Автономный инвертор работает на автономную нагрузку, не содержащую других источников энергии той же частоты, что и выходная частота инвертора.

Автономные инверторы, так же как и зависимые, могут работать с естественной и искусственной коммутацией. Естественная коммутация автономного инвертора имеет ме­сто при его работе на перекомпенсированные синхронные двигатели, на статорные обмотки вентильного двигателя и т. д. Однако чаще всего в автономных инверторах, выполненных на тиристорах, применяется искусственная коммута­ция вентилей.

В зависимости от режима работы источника питания ин­вертора и особенностей протекания в нем электромагнитных процессов различают инверторы напряжения , тока и резо­нансные инверторы . Наиболее широкое применение получили инверторы напряжения и тока. Резонансные инверторы вы­полняются на частоту выходного напряжения в несколько единиц и десятков килогерц и используются в основном в электротермии.

Классические схемы автономных инверторов напряжения и тока приведены соответственно на рис.2.13,а ,б . Напряже­ние и ток нагрузки формируются в этих схемах при поочередном переключении вентилей VS1, VS2 и VSЗ, VS4.

Рис. 2.13. Схемы и диаграммы автономных инверторов напряжения (а) и тока (б)

Питание инвертора напряжения (рис.2.13,а ) производится от источника напряжения. В связи с этим форма напряже­ния определяется алгоритмом переключения тиристоров, а форма тока зависит от характера нагрузки. Реактивная мощность нагрузки компенсируется за счет введения конден­сатора достаточно большой емкости. Обмен реактивной энергией между нагрузкой и конденсатором возможен бла­годаря подключению так называемого обратного выпрями­теля (моста реактивного тока), образованного из неуправ­ляемых вентилей.

Инвертор тока (рис.2.13,6 ) получает питание от источни­ка тока, для чего в цепь постоянного тока включена доста­точно большая индуктивность L, и поэтому . Фор­ма выходного тока определяется только порядком пере­ключения тиристоров, а форма напряжения зависит от характера нагрузки. Изображенная на рис.2.13,б форма кри­вой тока предполагает возможность мгновенного измене­ния тока в цепи нагрузки, что невозможно, если нагрузка инвертора носит индуктивный характер. Однако, если на­грузку зашунтировать конденсатором достаточно большой емкости, то мгновенное изменение тока оказывается воз­можным. Таким образом, общая нагрузка инвертора тока должна иметь емкостный характер. При этом конденсатор должен компенсировать не только реактивную мощность на­грузки , но и инвертора. Последнее означает, что при усло­вии мгновенной коммутации тиристоров к запираемому вен­тилю должно быть приложено отрицательное напряжение в течение времени, определяемого углом и необходи­мого для восстановления его управляющих свойств. На рис.2.13,б изображены кривые напряжения на конденсаторе , которое равно напряжению на нагрузке, и на тиристо­ре .

При регулировании частоты выходного тока необходимо изменять емкость конденсатора обратно пропорционально квадрату частоты для сохранения постоянства угла . Это приводит к очень большой величине емкости при низких частотах. Поэтому схема, представленная на рис.2.13,б , практи­чески не применяется, используются более сложные схемы.

В зависи
мости от того, как включен конденсатор по от­ношению к нагрузке, инверторы тока и напряжения разделя­ются на параллельные , последовательные и последовательно-параллельные . В параллельном инверторе (рис.2.13,б ) коммутирующий конденсатор подключается параллельно на­грузке.

Последовательные и последовательно-параллельные ин­верторы находят применение в устройствах, где требуется повышенная частота выходного напряжения (2000…50000 Гц). Поэтому далее излагаются принципы работы параллельных инверторов напряжения и тока, используемых для управления электрическими машинами переменного тока.

Автономные тиристорные инверторы в зависимости от ор­ганизации процесса коммутации разделяются на инверторы с междуфазовой, пофазной, групповой, общей и индивидуаль­ной коммутацией. В дальнейшем на примере конкретных схем автономных инверторов рассматриваются некоторые виды коммутаций, нашедших наиболее широкое применение.

Принцип работы, характеристики и анализ электромаг­нитных процессов автономных инверторов рассмотрим снача­ла на примере преобразователя, выполненного на транзисто­рах. Особенности работы, связанные с коммутационными процессами в преобразователе, излагаются при анализе тиристорных инверторов напряжения и тока.