Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус

Устройства с трансформаторными источниками питания

Следующая группа электрооборудования — устройства, имеющие в своем составе трансформаторы. Для проведения тестов были выбраны два устройства — отечественный трансформатор ТС-40-2 и сетевой трансформаторный адаптер с выходным стабилизированным напряжением. Результаты тестов в таблице.

Схема классического трансформаторного источника питания

В тестировании трансформаторных источников питания помимо источника бесперебойного питания использовался инверторный преобразователь, который тоже имеет на выходе квазисинусоиду, но их параметры немного отличаются, о чем было сказано выше.

По результатам экспериментов можно наблюдать, что трансформаторные источники питания при питании их квазисинусом ведут себя вполне приемлемо и даже хорошо. Первое, что можно отметить это уменьшение тока холостого хода. И, как оказалось, чем больше уровни гармоник в питающем напряжении, тем этот ток меньше. Это связано с тем, что трансформатор в большей степени представляет собой индуктивную нагрузку, а реактивное сопротивление индуктивности с ростом частоты возрастает.

Из отрицательных моментов можно выделить следующее. Даже если у источника со ступенчатой аппроксимацией синусоиды среднеквадратичное напряжение будет составлять 230 В, но амплитуда импульсов будет завышена, то и на выходе выпрямителя мы получим завышенное напряжение. Это связано с тем, что фильтрующий конденсатор С (рис. 3) стремится зарядиться до амплитудного значения выпрямленного напряжения. Так, в указанной выше схеме при смене питающего синусоидального напряжения на квазисинусоиду напряжение на выходе повышалось с 16 до 19 В, что, естественно, повышало общую потребляемую мощность. Данный эффект наблюдался при питании этой схемы от источника бесперебойного питания, у которого при среднеквадратическом значении напряжения в 230 В амплитуда импульсов достигает 350 В.

Однако при питании данной схемы от автомобильного инвертора с амплитудой импульсов около 300 В наблюдалось даже некоторое уменьшение выходного напряжения. При этом среднеквадратичное значение напряжения инвертора также составляло 230 В.

Резюмируя, можно сказать, что, кроме возможного повышения напряжения во вторичных цепях трансформаторных источников питания, других негативных последствий для трансформаторов от квазисинусоиды не выявлено. Превышение же напряжения может в некоторой степени увеличить нагрев источника питания в целом, а будет это превышение или нет зависит от модели используемого ИБП или отдельного инвертора.

Необходимо отметить, что при питании трансформатора ступенчатой аппроксимацией синусоиды прослушивается характерный «звонкий» гул от трансформатора. «Звонкость» звука как раз и говорит о том, что в питающем напряжении есть составляющие с более высокими частотами, чем 50 Гц. Кроме возможных неприятных слуховых ощущений для человека этот звук не несет никаких негативных последствий для трансформатора.

В следующей части статьи будет рассмотрено поведение другого электрооборудования при питании его напряжением с формой, отличной от синусоидальной.

Гибридный инвертор: оценка возможностей

Использование возобновляемой энергии солнца в комбинации с централизованным электроснабжением дает ряд преимуществ. Нормальное функционирование гелиосистемы невозможно без одного из ключевых элементов – инвертора.

Инвертор гелиосистемы – устройство для конвертации постоянного тока (DC), поступающего от фотоэлектрических панелей, в переменную электроэнергию. Именно на токе напряжением 220 В работает бытовая техника. Без инвертора выработка энергии бессмысленна.

Провести оценку возможностей гибридной модели лучше в сравнении с особенностями работы его ближайших конкурентов – автономных и сетевых «конвекторов».

Сетевой инвертор. Устройство работает на нагрузки общей электросети. Выход от преобразователя подсоединен к потребителям электроэнергии, сети АС. Схема отличается простотой, но имеет несколько ограничений:

  • работоспособность при доступности переменного тока в сети;
  • напряжение электросети должно быть относительно стабильным и соответствовать рабочему диапазону преобразователя.

Разновидность востребована в частных домах с действующим «зеленым» тарифом на электрификацию.

Днем при минимальном энергопотреблении, выработанный ток поступает в сеть по «зеленым» расценкам, с вечера до утра здание «подпитывается» от централизованного снабжения электричеством

Автономный инвертор. Прибор запитывается от аккумулятора, который получает заряд от солнечных панелей через МРРТ-контроллер. В системе используются батареи разных типов, в том числе высокотехнологичные литиевые аккумуляторы.

При максимальном «наполнении» аккумулирующего устройства излишек электроэнергии передается на вход инвертора, выход которого подсоединен с конечными потребителями АС. В случае недостатка солнечной активности энергия берется из аккумуляторных батарей и проходит «конвертацию» через инвертор напряжения.

Особенности работы автономной установки:

  • возможность независимой работы при отсутствии сетевого переменного тока;
  • некоторые модели поддерживают режим функционирования по «зеленому» тарифу;
  • КПД установок – 90-93%.

Для обеспечения абсолютной автономности объекта требуется точный расчет мощности гелиопанелей и достаточная энергоемкость аккумулятора.

Вариант независимого использования инвертора без включения в систему централизованного сетевого подключения. Автономный преобразователь востребован в местности с полным отсутствием или низким качеством подачи электричества

Гибридный инвертор. Модель отличается от выше описанных устройств особой «архитектурой» изготовления. Внутри предусмотрена особая электросхема, позволяющая в режиме преобразователя параллельно функционировать с источником тока (сетью, генератором).

Одновременно идет питание нагрузки от центральной сети и солнечных батарей, при этом функция приоритета отведена поставщику постоянного тока.

Гибридный преобразователь позволяет максимально эффективно потреблять энергию солнца, не переключаясь с сети электроснабжения от центральной станции или генератора

Конкурентные преимущества заложены в многофункциональности инверторов гибридного типа:

  1. Сеть – своего рода вместительный аккумулятор с КПД в 100%. Все излишки, выработанные фотоэлектрическими пластинами можно перенаправить в центральную сеть по «зеленому» тарифу.
  2. Обеспечение бесперебойного питания. При отключении основного электропитания система перестраивается в автономный режим, защищая всех потребителей от «скачков» напряжения.
  3. Повышение лимита мощности сети при пиковых нагрузках за счет добавления энергии от аккумуляторно-инверторного комплекса.

При спаде потребления гелиокомплекс переход в режим зарядки и через время вновь готов к использованию. Функция удвоенной мощности может обозначаться: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Добавление мощности происходит по следующим принципам:

  • если используемая мощность ниже предельного сетевого потребления, то кроме питания нагрузки осуществляется заряд аккумулирующей батареи;
  • в отсутствии напряжения в сети расходуется электроэнергия, полученная от аккумулятора и преобразованная инвертором;
  • если нагрузка превышает граничное значение мощности сети, то недостаток восполняется аккумулированной электроэнергией от солнечной батареи.

Перечисленные режимы работы способны поддерживать гибридные модели с зарядным устройством.

Некоторые многофункциональные инверторы рассчитаны на одновременное подключение нескольких линий переменного тока для автоматического ввода резерва. Высокотехничные модели самостоятельно регулируют заряд аккумулятора

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Внимание! 800 рублей для новичков на Aliexpress Регистрируйтесь по нашей ссылке. Если вы впервые на Aliexpress — получите 800.00₽ купонами на свой первый заказ.. Цифровой осциллограф DSO138

Кит для сборки

Цифровой осциллограф DSO138. Кит для сборки

Функциональный генератор. Кит для сборки

Настраиваемый держатель для удобной пайки печатных плат

Алексей (AlexD)
Алматы, Казахстан
Список всех статей

Профиль AlexD

Родился 6 апреля 1972 года.Хобби-радиоэлектроника.Увлекся железом еще с раннего детства,чем доставлял немало хлопот родителям.Не брали в радиокружок в 4 классе,т.к. в школе еще не преподавали физику (вот такие были правила).Ремонт профессионального звукового и светового оборудования ведущих мировых брендов.

Конструкция преобразователя напряжения

Рассмотрим конструкцию обычного повышающего преобразователя напряжения с 12 на 220. Принцип работы для всех современных инверторов будет одинаковым. Высокочастотный ШИМ контроллер задаёт режим работы, частоту и амплитуду. Силовая часть выполнена на мощных транзисторах, тепло с которых отводится на корпус устройства.

На входе установлен предохранитель, защищающий от короткого замыкания автомобильный аккумулятор. Рядом с транзисторами крепится термодатчик, который следит за их нагревом. В случае перегрева инвертора 12в 220в включается система активного охлаждения состоящая из одного или нескольких вентиляторов. В бюджетных моделях вентилятор может работать постоянно, а не только при высокой нагрузке.

Силовые транзисторы на выходе

Борьба добра со злом

К сожалению ограниченное количество часов в сутках и банальная лень диктуют свои условия. К необходимости изготовить данный модуль я пришел еще год назад, но реализация постоянно переносилась под лозунгом — «на следующих выходных точно сделаю!».

Наверно идея так бы и осталась лежать на полке, если бы не 2 события. Во-первых, ко мне пришли в один месяц 2 заказчика и каждый хотел сложный и интересный в реализации преобразователь, а главное готовы были очень хорошо заплатить. Хотя учитывая, что он из Европы, то может для них этого и дешево еще оказалось)) Оба проекта для меня были интересны, например, один из них «трехфазный стабилизатор напряжения с гальванической развязкой (sic!)», то есть 3-х фазный PFC + 3 мостовых преобразователя (phase shifted) + синхронный выпрямитель + 3-х фазный инвертор. Все это на SiC и очень компактное. В общем я взялся за 2 больших заказа, каждый из них по ~800 человеко-часов и срок 6 месяцев. В итоге меня «заставили» искать пути оптимизации.

И тут лед тронулся, было решено создать не просто описанный ранее модуль, а целый комплект разработчика силовой электроники и сделать его открытым и доступным каждому.

Связанные материалы

Мощный светодиод в панель…
Всем доброго дня! Возникла необходимость закрепить мощные светодиоды на панели без возможности…

Проверенные практические схемы конверторов питания 230V/50Hz в 120V/60Hz…
Привет всем Датагорцам! Не так давно один из моих знакомых попросил изготовить конвертор для…

Ржака в The Elder Scrolls V: Skyrim. Победа человеческого разума над искусственным интеллектом…
Привет, друзья! Вы любите ролевые игрушки, те самые RPG? Нет, я не спрашиваю — сидители вы в них…

Микшер Numark DM2002X изнутри. Насколько страдает качество при серийном производстве?…
Если вы считаете себя радиолюбителем, то вероятно ваши знакомые тоже так считают, и разумеется…

Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя. Часть 18:2. Рулим ЦАП АК4490 с помощью Arduino…
Если бы мне кто-то сказал, что я когда то буду заниматься программированием, я бы наверное покрутил…

Инвертор 12V > 220V для автомобиля…
Попалась интересная и простая схемка преобразователя 12 В в 220 В на забугорных ресурсах. Обещают…

Светодиодный ночник…
Здравствуйте, уважаемые товарищи электронщики! Это моя первая статья, сильно не ругайте. Жена дала…

Радиолюбительская бутылочка-непроливайка: удобная ёмкость для флюса, спирта, кислоты и других опасных, но полезных жидкостей…
Ох, лето красное! любил бы я тебя, Когда б не зной, да пыль, да комары, да мухи… Пушкиноведы…

Умный дом. Концепция…
Что мы имеем в виду, называя дом «умным»? На самом деле, у каждого свое представление об этой…

Анонс: доступен новый кит Project-6 «Power Filter»…
С 25-08-2012 доступен датагорский кит на базе рассмотренного в статье прототипа! Забирайте на нашей…

Усилитель для наушников «Green JLH». Класс А на трёх транзисторах…
Доброго воскресного утра, датагорцы! Предлагаю полезную конструкцию выходного дня: сделаем простой…

Территория свободы…
В бездельные новогодние дни взялся я снова за беллетристику, в смысле — начал писать повесть. Как…

Подключение

В зависимости от комплектации и оборудования можно выбрать следующие схемы подключения.

С контроллером DC-заряда

Суть схемы в подзарядке АКБ через МРРТ-контроллер. Здесь применяется преобразователь, который поддерживает передачу энергии в сеть или нагрузку, если Uакб больше установленного параметра.

Преимущество решения состоит в эффективности применения альтернативной энергии при частых включениях / выключениях.

Второй момент — возможность подключения солнечной батареи после разряда АКБ.

С преобразователем сетевого или гибридного типа

Здесь на выводах АКБ инвертора смонтирован преобразователь сетевого типа. При этом оба конвертора подключены к разным солнечным источникам питания.

Преобразователь гибридного типа поводится к фотоэлектрическому элементу для заряда АКБ, а сетевой объединяется с главным модулем солнечной батареи.

Особенности:

  • необходимость регулировки сетевого инвертора;
  • бесперебойность питания вне зависимости от напряжения сети;
  • заряд АКБ с выводов;
  • работа аккумуляторов по буферному принципу, что продлевает срок их действия.

Общая мощность сетевого устройства должна быть меньше мощности гибридного девайса. В таком случае проще утилизировать электричество от солнечных панелей при разрядке АКБ и выключении питания.

Общие моменты:

  1. Длина проводов для постоянного тока не должна быть больше трех метров. Если это необходимо, лучше увеличить соединение АС.
  2. Оптимальная установка инвертора — на уровне глаз. Так лучше видны данные с экрана.
  3. Устройство нельзя устанавливать в коробке, изготовленной из горючих изделий.

Если инвертор имеет мощность больше 0,5 кВт, важно обеспечить жесткость соединения между изделием и проводами. https://www.youtube.com/embed/if8Ff6kPh5U

Теоретическая часть

Теперь, думаю, можно добавить немного теории. В чем смысл и преимущество впаивания конденсатора как нагрузки эмулирующую лампу подсветки для инвертора? Ведь можно пойти самым простым путем — подобрать номинал и впаять обычный мощный резистор.

Резистор вместо лампы подсветки

Но самый простой путь как обычно не всегда самый лучший и годится в лучшем случае для тестов. Дело в том, что резистор обладает свойством нагреваться, рассеивать тепло при работе. А мощный резистор соответственно будет греться сильнее в закрытом корпусе, повышая общую температуру внутри телевизора. Все мы знаем, что электролитические конденсаторы не любят длительного нагрева и те из них, которые бывают установлены вблизи мощных силовых элементов, установленных на радиаторы, очень часто вздуваются и ЖК монитор или телевизор перестает работать.

Вздувшийся конденсатор БП

Это в полной мере относится и к любым импульсным блокам питания. Что происходит в данном случае при вздутии конденсатора? У него увеличивается ESR (Эквивалентное Последовательное Сопротивление) что имеет большое значение в импульсных блоках питания работающих на высокой частоте. Она составляет примерно 30-200 КГц. И если наше устройство работало бы на более низких частотах, в большинстве случаев повышение данного параметра никак не сказалось бы на его работе.

Таблица ESR конденсаторов

Разумеется, за исключением случаев когда конденсатор потечет или вскроется розочкой, и в нем высохнет электролит и т д. Тогда как малейшая припухлость в верхней части электролитического конденсатора, в импульсных блоках питания, уже явный признак того что конденсатор необходимо менять.

Силовой модуль полумоста

Теперь пришло время подробнее посмотреть на сегодняшнего героя. Модуль универсален и позволяет работать с транзисторами Mosfet и IGBT, как низковольтными, так и высоковольтными ключами до 1200В.

Особенности модуля:

  • Гальваническая развязка управляющей (цифровой) стороны от силовой. Напряжение пробоя изоляции 3 кВ;
  • Верхний и нижний ключ независимы, каждый имеет свой гальванически развязанный драйвер и гальванически развязанный dc/dc;
  • Применен современный драйвер от компании Infineon — 1EDC60I12AHXUMA1. Импульсный ток открытия/закрытия — 6А/10А. Максимальная частота — 1 МГц (проверено до 1.5 МГц стабильно);
  • Аппаратная защита по току: шунт + ОУ + компаратор + оптрон;
  • Максимальный ток — 20А. Ограничен не ключами, а размером радиатора и толщиной медных полигонов.

В статье фигурирует 1-я ревизия модуля, она полностью рабочая, но будет 2-я ревизия, в которой устранятся чисто конструктивные недочеты и поменяются разъемы на более удобные. После завершения создания документации, закинул gerber в PCBway и мне через 6 дней в дверь постучался курьер и вручил вот такую прелесть:

Еще через неделю наконец-то привезли на собаках комплектующие из одного прекрасного отечественного магазина. В итоге все было смонтировано:

Тут ничего сложного или магического нет. Обычный полумост: 2 ключа внизу, 2 вверху, можете паять по одному. Драйвер как выше писал из семейства 1ED, очень злой и бессмертный. Везде по питанию есть индикация, включая +12В на выходе dc/dc. Защита реализована на логическом элементе AND, в случае превышения тока компаратор выдаст +3.3В, они засветят оптрон и он притянет один из входов AND к земле, что означает установление лог.0 и ШИМ-сигнал с драйверов пропадет. AND с 3-мя входами использован специально, в следующей ревизии планирую сделать еще и защиту от перегрева радиатором и завести сигнал ошибки туда же. Все исходники будут в конце статьи.

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:

  • синусоида;
  • квазисинусоида;
  • импульсный.

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.

Описание инвертора egs002

Чтобы узнать все об инверторах на egs002 и с трансформатором, необходимо изучить строение этого инвертора.

Внешний вид платы egs002 при продаже – просто плата, без остальных деталей. На плату крепится задающий генератор – плата с тремя различными микросхемами. Этот генератор продается изначально в готовом виде, какого бы размера он ни был.

Помимо всего этого, у инвертора egs002 есть дисплей, на который выводится различная информация, такая как:

  • Напряжение на выходе
  • Количество потребляемого тока
  • Температура ключей

Так же эта плата может управлять H-мостом и работать, используя различные режимы PWM, к ним относятся биполярный, униполярный.

Свойства инверторов

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

Выбор свадебной арки: 3 главных шага

Что представляется собой современный инвертор

Солнечный инвертор – устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, который имеет требуемое напряжение в 220 В. В качестве источника постоянного тока выступают солнечные панели или батареи и аккумуляторы.

Современная солнечная электростанция включает четыре основных элемента:

  • Солнечные панели.
  • Инвертор.
  • Аккумулятор.
  • Контроллер заряда.

Для обеспечения надежной и надлежащей работы необходимо подбирать составляющие системы с учетом особенностей и эксплуатационных характеристик каждого устройства системы. Это правило относится и к инверторам. Качественный преобразователь напряжения с 12 на 220 В отличается длительным сроком эксплуатации.

Сегодня солнечная энергия, предоставляемая батареями, помогает не только обеспечить необходимым электричеством жилой дом, коттедж или производственный цех, но и использоваться для эффективного отопления и подачи горячей воды.

Принцип работы

Основная задача преобразователя напряжения, каковым является по своей сути инвертор, заключается в преобразовании напряжения низкого порядка постоянного или переменного тока (12/24 Вольт), в напряжение более высшего порядка переменного тока (220/380 Вольт).

Принцип работы подобных устройств, основан на двойном преобразовании исходных параметров. Вначале напряжение, подаваемое на вход устройства, преобразуется из постоянного в переменное, а затем повышается до требуемых значений.

По своей конструкции гибридные инверторы совмещают в себе функции сетевого и автономного преобразователя напряжения. Наличие в конструкции контроллера заряда, позволяет исключить из электрической цепи один элемент, каковым являются отдельно устанавливаемые модели контроллеров.

Гибридный инвертор способен синхронизировать свою работу с внешней электрической сетью, что позволяет перекачивать излишки накопленной энергии в эту сеть. Устройства данного типа работают при отсутствии напряжения во внешней сети, переключая нагрузку потребителя на питание от аккумуляторных батарей в автоматическом режиме.

Данные агрегаты способны использовать накопленную энергию в аккумуляторах, которые заряжаются от солнечной панели или ветрового генератора, одновременно с энергией от внешней сети или иного источника энергии (генератора), не отключаясь при этом от этой самой сети.

Спецификация:

  • Разрядность АЦП: 24 бит;
  • Коэффициент усиления:
  • Вход А: 64 или 128;
  • Вход В: 32;

Частота измерений: 10/80 Гц;

Напряжение питания: 5В;

Потребляемый ток: до 10 мА;

Размеры: 34мм х 21мм;

Спецификация тензодатчиков мостовых

  • Максимальный вес: 1/5/10/20 кг;
  • Отверстия под винты: M4/M5 (подходит под винт с потайной головкой);
  • Размеры: 14мм х 14мм х 80.5мм;

Из архивов

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации