Apgrieziet taisnošanas ķēdi, pievienojiet vienu galu līdzstrāvai (DC), un otrs gals var izvadīt maiņstrāvu (AC). Šis ir invertors, ierīce, kas pārvērš līdzstrāvu maiņstrāvā.
Lielākajai daļai komerciālo, rūpniecisko un dzīvojamo slodžu ir nepieciešama maiņstrāva, taču maiņstrāvu nevar uzglabāt akumulatoros, un akumulatora glabāšana ir svarīga rezerves jaudai. Mūsdienās šo defektu var novērst ar līdzstrāvas barošanas avotu.
Līdzstrāvas jaudas polaritāte laika gaitā nemainās kā maiņstrāva, tāpēc līdzstrāvu var uzglabāt baterijās un superkondensatoros. Tātad mēs vispirms varam pārveidot maiņstrāvu par līdzstrāvu un pēc tam uzglabāt to akumulatorā. Tādā veidā ikreiz, kad maiņstrāvas ierīču darbībai ir nepieciešama maiņstrāva, līdzstrāva tiks pārveidota atpakaļ maiņstrāvā, lai darbinātu maiņstrāvas ierīces.
Saskaņā ar lietojumprogrammas ievades avotu, savienojuma metodi, izejas sprieguma viļņu formu utt., invertori tiek iedalīti šādās 17 galvenajās kategorijās.
1. Klasificējiet pēc ievades avota
Invertora ieeja var būt sprieguma avots vai strāvas avots, tāpēc to iedala sprieguma avota invertoros (VSI) un strāvas avota invertoros (CSI).
Sprieguma avota pārveidotājs (VSI)
Ja invertora ieeja ir pastāvīga līdzstrāvas sprieguma avots, invertoru sauc par sprieguma avota invertoru.
Sprieguma avota invertora ieejai ir stingrs līdzstrāvas sprieguma avots ar nulles pretestību. Faktiski līdzstrāvas sprieguma avota pretestību var ignorēt. Pieņemot, ka VSI darbina ideāls sprieguma avots (ārkārtīgi zemas pretestības avots), maiņstrāvas izejas spriegumu pilnībā nosaka invertora komutācijas ierīču stāvoklis un pielietotais līdzstrāvas barošanas avots.
Pašreizējā avota pārveidotājs (CSI)
Ja invertora ieeja ir pastāvīgs līdzstrāvas avots, invertoru sauc par strāvas avota invertoru.
Stingra strāva tiek piegādāta no līdzstrāvas barošanas avota uz CSI, kur līdzstrāvas barošanas avotam ir augsta pretestība. Parasti, lai nodrošinātu stingru strāvu, tiek izmantoti lieli induktori vai slēgta cikla vadības strāvas. Iegūtais strāvas vilnis ir stingrs un to neietekmē slodze. Maiņstrāvas izejas strāvu pilnībā nosaka invertora komutācijas ierīces un līdzstrāvas barošanas avota stāvoklis.
2. Klasificēt pēc izejas fāzes
Atbilstoši izejas spriegumam un strāvas fāzei invertorus galvenokārt iedala divās kategorijās: vienfāzes invertori un trīsfāžu invertori.
Vienfāzes invertors
Vienfāzes invertors pārvērš līdzstrāvas ievadi vienfāzes izejā. Vienfāzes invertora izejas spriegumam/strāvai ir tikai viena fāze, un tā nominālā frekvence ir 50 Hz vai 60 Hz nominālais spriegums.
Nominālais spriegums ir definēts kā sprieguma līmenis, kurā darbojas elektriskā sistēma. Ir dažādi nominālie spriegumi, proti, 120V, 220V, 440V, 690V, 3,3KV, 6,6KV, 11kV, 33kV, 66kV, 132kV, 220kV, 400kV un 765kV. Zemu nominālo spriegumu var tieši sasniegt, izmantojot iekšējos transformatorus vai invertorus ar pastiprināšanas un izslēgšanas ķēdēm, savukārt augsta nominālā sprieguma gadījumā tiek izmantoti ārējie pastiprināšanas transformatori.
Vienfāzes invertori tiek izmantoti zemām slodzēm. Vienfāzes zudumi ir lielāki, un vienfāzes efektivitāte ir zemāka nekā trīsfāžu invertoriem. Tāpēc trīsfāzu invertori ir vēlamā izvēle lielām slodzēm.
Trīsfāzu invertors
Trīsfāzu invertors pārvērš līdzstrāvu trīsfāzu strāvā. Trīsfāzu barošanas avots nodrošina trīs maiņstrāvas kanālus ar vienmērīgi atdalītiem fāzes leņķiem. Visu trīs izejas galā radīto viļņu amplitūda un frekvence ir vienāda, bet nedaudz atšķiras slodzes dēļ, un katram viļņam ir 120 grādu fāzes nobīde savā starpā.
Pamatā viens trīsfāžu invertors sastāv no trim vienfāzes invertoriem, katrs ar fāzes attālumu 120 grādi, un katrs vienfāzes invertors ir savienots ar vienu no trim slodzes spailēm.
3. Klasificēts pēc komutācijas tehnoloģijas
Saskaņā ar komutācijas tehnoloģiju to var iedalīt divos galvenajos veidos: līnijas komutācijas un piespiedu komutācijas invertori. Turklāt var būt papildu komutācijas invertori un papildu komutācijas invertori, taču, tā kā tos parasti neizmanto, mēs šeit īsi apspriedīsim divus galvenos veidus.
Līnijas maiņa
Šāda veida invertoros maiņstrāvas ķēdes līnijas spriegumu var iegūt, izmantojot aprīkojumu; Kad SCR strāvai ir nulles raksturlielumi, ierīce tiek izslēgta. Šo komutācijas procesu sauc par līnijas komutāciju, un invertorus, kas darbojas, pamatojoties uz šo principu, sauc par līnijas komutācijas invertoriem.
Piespiedu komutācija
Šāda veida komutācijā barošanas avotā nebūs nulles punkta. Tāpēc ierīces labošanai ir nepieciešami daži ārēji avoti. Šo komutācijas procesu sauc par piespiedu komutāciju, un invertorus, kuru pamatā ir šis process, sauc par piespiedu komutācijas invertoriem.
4. Klasificēts pēc savienojuma metodes
Saskaņā ar tiristoru savienošanas metodi ķēdē to var iedalīt sērijveida invertoros, paralēlajos invertoros un tilta invertoros, starp kuriem tilta invertorus tālāk iedala pustilta, pilna tilta un trīsfāžu tiltā.
Sērijas invertors
Sērijas invertors sastāv no tiristoru pāra un RLC (pretestības, induktivitātes un kapacitātes) ķēdēm. Viens tiristors ir savienots paralēli RLC ķēdei, un viens tiristors ir savienots virknē starp līdzstrāvas barošanas avotu un RLC ķēdi. Šāda veida invertorus sauc par sērijveida invertoru, jo slodze tiek tieši savienota virknē ar līdzstrāvas barošanas avotu ar tiristoru palīdzību.
Sērijas invertori ir pazīstami arī kā paškomutācijas invertori, jo šāda veida invertoru tiristori paši komutējas ar slodzi. Vēl viens šī invertora nosaukums ir "slodzes komutācijas invertors". Šī nosaukuma piešķiršanas iemesls ir tas, ka LCR ir slodze, kas nodrošina komutāciju.
Paralēlais invertors
Paralēlais invertors sastāv no diviem tiristoriem, kondensatora, centrālā krāna transformatora un induktora. Tiristori tiek izmantoti, lai nodrošinātu ceļu strāvas plūsmai, savukārt induktori tiek izmantoti, lai strāvas avots būtu nemainīgs. Šo tiristoru vadītspēju un izslēgšanu kontrolē starp tiem savienotie komutācijas kondensatori.
To sauc par paralēlo invertoru, jo darbības laikā kondensators ir savienots paralēli slodzei caur transformatoru.
Pustilta invertors
Pustilta invertora darbībai nepieciešami divi elektroniski slēdži. Slēdži var būt MOSFET, IJBT, BJT vai tiristori.Pustiltam ar tiristoru un BJT slēdžiem ir nepieciešamas divas papildu diodes, izņemot tīras pretestības slodzes, savukārt MOSFET ir iebūvētas diodes. Īsāk sakot, pietiek ar diviem slēdžiem, lai apmierinātu tīras pretestības slodzes, savukārt citām slodzēm (induktoriem un kondensatoriem) ir nepieciešamas divas papildu diodes. Šīs diodes sauc par atgriezeniskās saites diodēm vai brīvgaitas diodēm.
Pustilta invertora darbības princips visiem slēdžiem ir vienāds, bet šeit mēs runājam par pustiltu ar tiristoru slēdžiem. Ir divi savstarpēji papildinoši tiristori, kas nozīmē vadīt vienu tiristoru vienlaikus. Pretestības slodzēm ķēde darbojas divos režīmos. Pārslēgšanas frekvence noteiks izejas frekvenci. Ja izejas frekvence ir 50 HZ, katrs tiristors vada vienu reizi 20 ms.
Pilns tilta invertors
Vienfāzes pilna tilta invertoram ir četri kontrolēti slēdži, ko izmanto, lai kontrolētu strāvas plūsmas virzienu slodzē. Šim tiltam ir 4 atgriezeniskās saites diodes, kas var atgriezt slodzē uzkrāto enerģiju barošanas blokā. Šīs atgriezeniskās saites diodes darbojas tikai tad, ja visi tiristori ir izslēgti un slodze nav tikai pretestības slodze.
Jebkurai slodzei vienlaikus strādā tikai 2 tiristori. Tiristori T1 un T2 darbosies vienā ciklā, savukārt T3 un T4 vadīs citā ciklā. Citiem vārdiem sakot, kad T1 un T2 ir IESLĒGTA stāvoklī, T3 un T4 ir IZSLĒGTA stāvoklī, savukārt, kad T3 un T4 ir IESLĒGTS stāvoklī, pārējie divi ir IZSLĒGTA stāvoklī. Divu vai vairāku tiristoru atvēršana vienlaikus var izraisīt īssavienojumu, radīt pārmērīgu karstumu un nekavējoties izdegt ķēdi.
Trīsfāzu tilta invertors
Rūpnieciskām un citām smagām slodzēm nepieciešama trīsfāžu barošana. Lai darbinātu šīs lielās slodzes no atmiņas ierīcēm vai citiem līdzstrāvas avotiem, ir nepieciešams trīsfāzu invertors. Šim nolūkam var izmantot trīsfāzu tilta invertoru.
Trīsfāzu tilta invertors ir cita veida tilta invertors, kas sastāv no 6 vadāmiem slēdžiem un 6 diodēm, kā parādīts attēlā.
5. Klasificēts pēc darbības režīma
Atbilstoši darbības režīmam invertorus iedala trīs galvenajās kategorijās:
Neatkarīgs invertors
Neatkarīgais invertors ir tieši savienots ar slodzi, un to nepārtrauks citi strāvas avoti. Neatkarīgs invertors vai "izslēgta tīkla režīma invertors", invertors neatkarīgi piegādā strāvu slodzei, neietekmējot tīklu vai citus enerģijas avotus.
Šos invertorus sauc par izslēgta tīkla režīma invertoriem, jo tos neietekmē komunālais tīkls. Šos invertorus nevar savienot ar komunālo tīklu, jo tiem nav sinhronizācijas iespēju, kur sinhronizācija ir divu maiņstrāvas avotu fāzes un nominālās frekvences (50/60 Hz) saskaņošanas process.
Tīklam pievienots invertors
Tīklam pieslēgtiem vai tīklam pieslēgtiem invertoriem (GTI) ir divas galvenās funkcijas. Viena tīkla pieslēgto invertoru funkcija ir nodrošināt maiņstrāvu no atmiņas ierīcēm (līdzstrāvas avotiem) uz maiņstrāvas slodzēm, savukārt cita tīklam pieslēgtu invertoru funkcija ir nodrošināt tīklam papildu jaudu.
Tīklam pieslēgtie invertori, kas pazīstami arī kā komunālie interaktīvie invertori, tīkla starpsavienojumu invertori vai tīkla atgriezeniskās saites invertori, sinhronizē strāvas frekvenci un fāzi, lai pielāgotos komunālajam tīklam. Palielinot invertora sprieguma līmeni, jauda tiek pārsūtīta no līdzstrāvas barošanas avota uz komunālo tīklu.
Dual Peak invertors
Dual Peak invertors var darboties gan kā tīklam pieslēgts invertors, gan kā neatkarīgs invertors. Šie invertori var ievadīt tīklā papildu enerģiju no atjaunojamiem enerģijas avotiem un uzglabāšanas ierīcēm un paņemt elektroenerģiju no tīkla, ja ar atjaunojamo enerģiju saražotās enerģijas nepietiek. Citiem vārdiem sakot, šie invertori var darboties kā neatkarīgi invertori un tīklam pieslēgti invertori atbilstoši slodzes prasībām. Dual Peak invertori ir daudzfunkcionāli, ieskaitot neatkarīgu invertoru un tīklam pieslēgtu invertoru funkcijas.
Dual Peak invertora funkcija mainīsies atkarībā no slodzes. Ja rodas problēmas ar elektrotīklu vai ja atjaunojamās enerģijas jauda ir pietiekama, lai apmierinātu slodzi, tā funkcija tiks mainīta uz neatkarīgu invertoru (tas kļūst par neatkarīgu invertoru). Šajā gadījumā pārsūtīšanas slēdzis atvienos invertoru no tīkla.
Kad atjaunojamā enerģija sāk ražot papildu enerģiju, darbības režīms pārslēgsies no neatkarīgā režīma uz tīkla savienojuma režīmu. Invertors sinhronizē savu fāzi un frekvenci ar invertoru un sāk ievadīt papildu enerģiju tīklā.
6. Klasificējiet pēc izejas viļņu formas
Ideāls invertors attiecas uz invertoru, kas pārvērš līdzstrāvas signālus tīrās sinusoidālās maiņstrāvas izejās. Faktisko invertoru problēma ir tā, ka to izejas signāli nav tikai sinusoidāli. Saskaņā ar izejas viļņu formu invertori tiek iedalīti trīs kategorijās:
Kvadrātviļņu invertors
Šie ir vienkāršākie invertori līdzstrāvas pārveidošanai maiņstrāvā, taču izejas viļņu forma nav nepieciešamais tīrais sinusoidālais vilnis. Šiem invertoriem izejas galā ir kvadrātveida viļņi. Citiem vārdiem sakot, šie invertori pārvērš līdzstrāvas ievadi maiņstrāvā kvadrātveida viļņu veidā. Tikmēr kvadrātviļņu invertori ir arī lētāki.
Vienkāršākā šo invertoru struktūra var būt H veida tilta invertors. Kā parādīts attēlā, izmantojot SPDT (single push double throw) slēdžus, pirms transformators var sasniegt vienkāršāku versiju. Šis transformators arī palīdzēs sasniegt jebkuru vēlamo izejas sprieguma līmeni.
Dotā modeļa darbība ir ārkārtīgi vienkārša. Vienkārši ieslēdzot un izslēdzot slēdzi, vienlaikus tiks mainīta strāva izejas spailē. Citiem vārdiem sakot, viena pola dubultā metiena pārslēgšana ar vēlamo frekvenci radīs maiņstrāvas kvadrātveida viļņus pie tipiska invertora (ti, centrālā krāna transformatora) izejas. Tipiskā sinusoidālā viļņa harmoniskie kropļojumi ir aptuveni 45%, ko var vēl vairāk samazināt, izmantojot filtrus, lai filtrētu dažas harmonikas.
Kvazisinusa viļņu invertors
Kvazisinozes viļņu invertors, kas pazīstams arī kā modificēts sinusoidālais viļņu invertors ar pakāpeniskiem sinusoidālajiem viļņiem. Citiem vārdiem sakot, šo invertoru izejas signāli pakāpeniski palielinās pozitīvā polaritātē. Pēc pozitīvā maksimuma sasniegšanas izejas signāls pakāpeniski samazinās, līdz tas sasniedz negatīvo maksimumu, kā parādīts attēlā.
Kvazisinusa viļņa invertora struktūra ir daudz vienkāršāka nekā tīra sinusoidāla viļņa invertora struktūra, bet sarežģītāka nekā tīra kvadrātveida viļņa invertora struktūra.
Lai gan šo invertoru galīgā izejas viļņu forma nav tīrs sinusoidāls vilnis, izejas harmoniskie kropļojumi joprojām ir samazināti līdz 24%. Filtrēšana vēl vairāk samazinās kropļojumus, taču izkropļojumu apjoms joprojām ir ievērojams. Šī iemesla dēļ šie invertori nav vēlamā izvēle dažādu slodžu, tostarp elektronisko shēmu, vadīšanai.
Kvazisinusa viļņi var neatgriezeniski sabojāt elektroniskās ierīces ar taimeriem ķēdē. Ja tās ir savienotas ar gandrīz sinusoidālo viļņu invertoru, visas elektroierīces ar motoru nedarbosies tik efektīvi kā tās, kas savienotas ar tīru sinusoidālo viļņu invertoru. Turklāt straujas viļņu formas pārejas var radīt troksni. Šo problēmu dēļ kvazisinuso viļņu invertoru pielietojums ir ierobežots.
Tīra sinusoidālā viļņa invertors
Tīrs sinusa invertors pārveido līdzstrāvu par gandrīz tīru sinusa maiņstrāvu. Tīra sinusoidālā viļņa invertora izejas viļņu forma joprojām nav ideāls sinusoidāls vilnis, taču tas ir daudz vienmērīgāks nekā kvadrātveida viļņu un kvazi sinusoidālo viļņu invertori.
Tīra sinusoidālā viļņa invertora izejas viļņu formai ir ārkārtīgi zemas harmonikas. Harmonikas ir sinusoidālie viļņi ar dažādu amplitūdu pamata frekvences nepāra reizinājumiem. Harmonikas ir ļoti nepopulāras, jo var radīt nopietnas problēmas ar dažādām elektroierīcēm. Izmantojot dažādas PWM metodes un pēc tam izvadot izejas signālu caur zemas caurlaidības filtru, šīs harmonikas var vēl vairāk samazināt.
Tīra sinusoidālo viļņu invertoru konstrukcija un darbība ir daudz sarežģītāka nekā kvadrātveida viļņu un modificēto kvadrātviļņu invertoru.
Šie invertori ir pārāki par pirmajiem diviem invertoriem, jo lielākajai daļai elektrisko iekārtu ir nepieciešami tīri sinusoidālie viļņi, lai tie darbotos labāk. Kā minēts iepriekš, kvadrātveida viļņu vai gandrīz sinusoidālo viļņu invertori var sabojāt elektroierīces, īpaši tās, kas aprīkotas ar motoriem. Tāpēc praktiskai lietošanai tiek izmantots tīrs sinusa invertors.
7. Klasificēts pēc izvades līmeņu skaita
Jebkura invertora izejas līmenis var būt vismaz divi vai vairāk. Pēc izejas līmeņu skaita invertori tiek iedalīti divās kategorijās: divu līmeņu invertori un daudzlīmeņu invertori.
Divu līmeņu invertors
Divu līmeņu pārveidotājam ir divi izejas līmeņi. Izejas spriegums mainās starp pozitīvu un negatīvu, un mainās ar pamata frekvenci (50 Hz vai 60 Hz).
Dažiem tā sauktajiem “divu līmeņu invertoriem” izejas viļņu formā ir trīs līmeņi. Trīs līmeņu invertoru klasificēšanas iemesls šajā kategorijā ir tāds, ka viens no līmeņiem ir nulles spriegums. Faktiski nulle ir trešais līmenis, taču tas joprojām tiek klasificēts kā divpakāpju invertors.
Divu līmeņu invertora ķēde sastāv no avota un dažiem slēdžiem, kas kontrolē strāvu vai spriegumu. Slēdžu zudumu un ierīču jaudas ierobežojumu dēļ divu līmeņu invertoru augstfrekvences darbība augstsprieguma lietojumos ir ierobežota. Tomēr slēdža nominālo vērtību var palielināt, izmantojot virknes un paralēlas kombinācijas. Slēdžu grupu, kas nodrošina pozitīvu pusciklu divu līmeņu invertorā, sauc par pozitīvo grupas slēdzi, bet otru slēdžu grupu, kas nodrošina negatīvu pusciklu, sauc par negatīvu grupas slēdzi.
Divu līmeņu invertoram nav priekšroka šādu iemeslu dēļ. Invertoriem ir nepieciešams minimālais slēdžu un strāvas avotu skaits, lai tie darbotos un pārveidotu jaudu nelielās sprieguma pakāpēs. Mazāks sprieguma solis nodrošinās augstas kvalitātes viļņu formas. Turklāt tas var arī samazināt sprieguma (dv/dt) spriegumu un slodzes elektromagnētiskās saderības problēmas. Tāpēc daudzlīmeņu invertori ir praktiskāka pirmā izvēle.
Daudzlīmeņu invertors (MLI)
Daudzlīmeņu invertors pārvērš līdzstrāvas signālus daudzlīmeņu pakāpeniskās viļņu formās. Daudzlīmeņu invertora izejas viļņu forma nav tieši pozitīva un negatīva mainīga, bet gan daudzlīmeņu mainīga. Sakarā ar to, ka viļņu formas gludums ir tieši proporcionāls sprieguma līmeņu skaitam. Tāpēc daudzlīmeņu invertori radīs vienmērīgākas viļņu formas. Kā minēts iepriekš, šī īpašība padara to piemērotu praktiskiem lietojumiem.
Secinājums:
Šajā rakstā ir aprakstīti 17 galvenie invertoru veidi, taču patiesībā ir arī daudzas citas invertoru klasifikācijas. Piemēram, daudzlīmeņu invertorus var iedalīt arī lidojošos kondensatora invertoros (FCMI), diode iespīlētos invertoros (DCMI) un kaskādes H tilta invertoros.
No praktiskā pielietojuma viedokļa trīsfāzu invertori ir piemēroti lietojumiem ar lielu slodzi, tīrie sinusa invertori var labāk aizsargāt elektroierīces, un daudzlīmeņu invertori ir praktiskāka izvēle.