Что такое инвертор напряжения, как он работает, применение инвертора

DC-DC преобразователь или инвертор напряжения – это устройство, переводящее постоянный ток меньшего напряжения в переменный ток большего напряжения или наоборот. Такие устройства являются генераторами меняющегося напряжения. Оно бывает импульсного характера, чистого или модифицированного синусоидального типа. Инверторные преобразователи способны выступать самостоятельными источниками питания и промежуточными элементами в системе преобразователей.

Инверторы, содержащиеся в источниках бесперебойного питания (ИБП), обеспечивают стабильное снабжение электроэнергией компьютерной техники и другого оборудования. При непредвиденном пропадании напряжения в электросети они мгновенно поставляют компьютерам электроэнергию от резервной АКБ. Это дает возможность сохранить данные и корректно завершить работу ПК.

В крупных системах UPS используются мощные инверторы с АКБ увеличенной емкости. Они могут подолгу обеспечивать автономное питание оборудования, а при возобновлении нормального сетевого электроснабжения переключают оборудование на нее.

Преобразователи с 12 на 220 В

Инвертор напряжения 12В в 220В – портативный преобразователь, позволяющий конвертировать 12 В постоянного тока в 220 В переменного и наоборот. Он позволяет подключать приборы, работающие от напряжения 220 В, к аккумуляторной батарее или бортовой автомобильной сети 12 В. С другой стороны, инверторный преобразователь 12 в 220 В дает возможность заряжать АКБ и портативную технику, рассчитанную на напряжение 12 В, от бытовой сети 220 В.

Технические особенности инверторов

Часто инвертор выступает в роли промежуточного элемента и преобразует напряжение высокочастотной трансформацией на частоте до сотен кГц. В составе таких устройств применяются магнитопроводы, электронные микроконтроллеры и полупроводниковые ключи, выдерживающие токи в сотни ампер.

Ключевыми требованиями к инверторным преобразователям являются:

1. надежная работа;
2. высокий КПД;
3. компактность;
4. легкий вес;
5. отсутствие чрезмерных импульсных помех;
6. способность выдерживать допустимые значения высших гармоник в напряжении на входе.

В солнечных АКБ, ветряках и остальных системах с экологически чистыми источниками электроэнергии применяются Grid-tie инверторы. Они синхронизированы с промышленной электросетью и подают электроэнергию непосредственно в общую сеть.

При работе инверторного преобразователя периодически происходит подсоединение к цепи нагрузки источника неизменного напряжения. Полярность чередуется, а частота и длительность подсоединений определяются поступающим от контроллера сигналом управления. Контроллер регулирует Uвых, защищает схему от перегрузок и синхронизирует работу полупроводниковых ключей.

Типы инверторных преобразователей

Инверторы бывают зависимыми и работающими автономно. К зависимым относятся модели, ведомые сетью, Grid-tie и подобные им модели. Также инверторные преобразователи классифицируются на одно- и 3-фазные. Однофазные устройства бывают:

1. с сигналом на входе в виде чистой синусоиды – такие инверторные преобразователи незаменимы для оборудования, имеющего на входе электромотор или трансформатор, или работающего строго с синусоидальным сигналом;
2. с упрощенным типом сигнала – приближенным к синусоидальному варианту, подходят для большинства приборов.

Трехфазные устройства применяются преимущественно для получения 3-фазного тока с целью питания асинхронных электродвигателей и другого оборудования. Обмотки мотора напрямую подсоединяются к выходу инверторного преобразователя. По мощности инверторные преобразователи подбираются согласно пиковому значению мощности для конкретного потребителя.

Режимы работы инверторов

Схемотехника инверторных преобразователей

Полупроводниковые ключи инверторных преобразователей управляются контроллером и оснащены обратными шунтирующими диодами. Выходное напряжение определяется мощностью нагрузки и автоматически настраивается сменой ширины импульса в блоке ВЧ-преобразователя. Чтобы уберечь цепи нагрузки от высокого постоянного тока, необходимо обеспечить симметричность полуволн НЧ выходного напряжения. Чтобы достичь этого,нужно сделать неизменной ширину импульса НЧ блока.

Выходные ключи управляются при помощи алгоритма, который обеспечивает чередование видов силовой цепи. Она бывает прямой, короткозамкнутой и инверсной. Мощность нагрузки на выходе инверторного преобразователя выглядит как пульсации с 2-кратной частотой. Такой рабочий режим должен быть предусмотрен у первичного источника для протекания пульсирующих токов. Также на входе инверторного преобразователя должен выдерживаться установленный уровень помех.

Типовые схемы инверторов – это:

1. 2-тактная с нулевым выводом трансформатора – она актуальна для ИБП низкой мощности (до 500 ВА), с напряжением на дополнительной АКБ 12 или 24 В;
2. мостовая без трансформатора – актуальна для инверторных преобразователей в автомобилях и ИБП мощностью от 500 ВА;
3. мостовая с трансформатором – характерна для высокомощных ИБП.

Читайте в нашей предыдущей статье о преимуществах и особенностях использования литий-железо-фосфатных АКБ.

Перейти в раздел преобразователей с 12 на 220