Как устроены DC-AC преобразователи?
Это необходимо для питания индуктивных или емкостных нагрузок, работающих от сети переменного тока, например, электродвигателей, электроники, электромагнитных реле. С помощью инверторов DC-AC удается обеспечивать эффективное питание от маломощных генераторов постоянного тока разнообразных приборов, например, медтехники, промышленного оборудования, аудио- и видеоаппаратуры. Востребованы такие устройства и при организации автономных систем питания, в т. ч. при использовании альтернативных источников энергии (солнечных панелей, ветрогенераторов, бензогенераторов), работающих на аккумуляторные батареи.
При создании преобразователей DC-AC используют современные схемотехнические решения для силовых контуров. Внедряемые схемы управления базируются на схемах с высокой степенью интеграции. Такие инверторы имеют хорошие массогабаритные характеристики, надежно работают и обеспечивают качественное выходное напряжение.
Устройство и принцип работы DC-AC инверторов
Инвертор DC-AC может выступать в качестве отдельного прибора или быть компонентом системы ИБП для разной аппаратуры и нередко оснащается контроллером заряда. Возможна разработка и производство DC-AC преобразователей разных типов, в зависимости от технических заданий заказчиков. Это могут быть бескорпусные инверторы на открытой плате, предназначенные для установки на DIN-рейку или на шасси, а также модели в кожухе или в корпусе из металла или пластика.
Основная задача таких устройств – преобразовывать постоянное напряжение АКБ 12 В (или другого вольтажа) в переменное напряжение 220 В (в идеале – синусоидальное) с частотой 50 Гц, как в бытовой электросети. Чтобы сделать напряжение переменным, источник постоянного напряжения часто (с высокой скоростью) подключается к противоположным клеммам нагрузки. В итоге направление движения тока чередуется. Это как если бы к резистору попеременно то минусовым, то плюсовым контактом подключалась батарейка, причем с очень быстрым чередованием полюсов. Для преобразования напряжения используются механические, электронные устройства или ШИМ-контроллеры. В первом случае привод электродвигателя постоянного тока сопряжен с генератором переменного напряжения. При использовании электронного преобразователя переменное напряжение создают ключи под управлением генератора. При использовании ШИМ-контроллеров программные средства создают качественное синусоидальное напряжение.
Типы импульсных преобразователей
Инверторы DC-AC бывают:
В зависимости от исполнения инвертирующей схемы:
- трансформаторные – используют несложную схему, в которой нулевой вывод трансформатора выдает 2 напряжения равной величины с противоположной фазой, способны питать приборы мощностью до 500 В·А;
- мостовые – используют бестрансформаторные схемы, подходят для питания приборов мощностью более 500 В·А и высоковольтных установок;
- комбинированные – используют мостовую схему с трансформаторами, что обеспечивает им широкий мощностной диапазон (от единиц до десятков кВ·А).
По принципу работы:
- зависимые или ведомые – для преобразования электроэнергии отдают ее в сеть переменного тока (по аналогии с выпрямителем, преобразующим ток AC в DC, но наоборот);
- автономные модели – работают на нагрузку независимо от сети переменного тока, преобразуют ток с неменяющейся или регулируемой частотой.
По количеству фаз:
- однофазные;
- двухфазные – часто их применяют со сварочными аппаратами, чтобы уменьшить их размеры и массу, облегчить транспортировку и повысить удобство при эксплуатации;
- трехфазные – преимущественно подают ток с нужными параметрами на электродвигатели, а высокомощные инверторы ставят в тяговые преобразователи;
- многофазные.
В зависимости от используемой технологии:
- механические – выполняют преобразование тока путем частого переключения контактов, используются редко из-за своей громоздкости и дороговизны;
- полупроводниковые – обеспечивают более эффективное преобразование;
- цифровые – востребованы на телекоммуникационных устройствах.
В зависимости от формы выходного напряжения (генерируемых инвертором колебательных импульсов):
- с импульсами в форме чистой синусоиды, достигаемой благодаря ШИМ – самые дорогие, но только они подходят высокоточным и сложным приборам, чувствительным к качеству напряжения;
- с модифицированной, аппроксимированной синусоидой или квазисинусоидным (ступенчатым) видом генерируемых импульсов – подходят для применения с бытовыми приборами осветительного и нагревательного характера;
- с импульсной или прямоугольной формой выходного напряжения – отличаются резкой сменой полярностей, которая опасна для чувствительной техники (холодильников, стиральных машин, видеоаппаратуры, аудиотехники и т.д.).
Преимущества инверторов с правильной синусоидой
От формы выходного напряжения зависит эффективность инвертора и его совместимость с разными приборами. Преобразователи, генерирующие модифицированную синусоиду, не подходят для чувствительного оборудования. Они дешевле, но создают менее чистый ток с помехами. Выходное напряжение у них имеет форму волны с аппроксимированной синусоидой и подходит для простых приборов. Несмотря на 20% гармоническое искажение, инверторы с модифицированной синусоидой подходят для большинства электроприборов, не имеющих двигателя.
Но для точного и сложного оборудования, чувствительных приборов и коммуникационной аппаратуры нужен инвертор с чистой синусоидой. В частности, их используют в солнечной энергетике для преобразования тока, генерируемого солнечными панелями и накапливаемого в аккумуляторных батареях. Переменный ток с синусоидальным потоком обеспечивает бесперебойную работу любого электрооборудования, включая микропроцессорную технику и чувствительную электронику, холодильники, телевизоры и радиоприемники, системы автоматики и вычислительной техники.
Инверторы с правильной синусоидой имеют высокую производительность и коэффициент нелинейных искажений (THD) менее 3%, поэтому подходят для любых видов нагрузки. К тому же, они защищают питаемую технику от скачков напряжения и шума, уменьшают электромагнитные помехи и способствуют продлению срока службы электроприборов. А все потому, что они точно генерируют частоты и напряжение, создавая четкую синусоидальную волну. Другими словами, генерируемое ими напряжение более стабильно и лучше защищает питаемое оборудование от поломки, помех и других неприятностей.
Критерии выбора DC-AC преобразователей
При выборе DC-AC инверторов, как и при их разработке и производстве, важную роль играют следующие параметры:
- Номинальная мощность – ее значение должно быть выше мощности питаемой нагрузки, т.к. преобразователь сам частично потребляет мощность при работе.
- КПД.
- Диапазоны входных и выходных напряжений.
- Форма выходного напряжения – с учетом требовательности и чувствительности подключаемых приборов, в идеале должна иметь синусоидальную форму с суммарным коэффициентом нелинейных искажений <3%.
- Дополнительные функции – для стабильной и безопасной работы системы нужна комплексная защита от перегрузок, перенапряжения, пониженного напряжения, обратного включения, перегрева, короткого замыкания.
- Комплектация – например, наличие ЗУ для работы в бесперебойном и энергосберегающем режимах от сети и солнечных панелей.
- Наличие корпуса, его материал и уровень пылевлагозащищенности, например, IP56.
Инверторы разных типов и назначения представлены в интернет-магазине VirtusTec.ru.
Ранее в нашем блоге вышла статья о том, чем отличается накопитель электроэнергии от классического ИБП.