Что такое инвертор? Руководство для начинающих студентов, изучающих электротехнику и электронику

Введение:

В этой статье мы объясним, что такое инвертор, какова его функция и каков принцип его работы. Вы найдете инверторы в фотогальванических массивах для обеспечения питания переменного тока для использования в домах и офисах. Вы также найдете их в «частотно-регулируемых драйверах» для управления скоростью, крутящим моментом и направлением вращения асинхронных двигателей переменного тока в вентиляторах, насосах и компрессорах.

Что такое инвертор?

Давайте сначала перейдем к основам. Вы, вероятно, знаете два разных типа электроэнергии:постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Постоянный ток — это тот, который вы, вероятно, использовали бы для основного фонарика, солнечных панелей или батарей, а также небольших электрических изделий с печатными платами. Но когда мы говорим о более крупных бытовых приборах, электричество работает совсем по-другому. Электропитание от настенной розетки основано на переменном токе (AC) и используется для питания вашего дома. Оба типа имеют свои ограничения, поэтому нам часто приходится преобразовывать одну форму в другую, чтобы максимально использовать их.

Инвертор — это устройство, которое может сделать это за вас:преобразовать постоянный ток в переменный. Вы можете использовать осциллограф, чтобы посмотреть на сигнал обоих типов мощностей. Постоянный ток обеспечит вас током, который по существу течет в одном направлении с максимальным напряжением; вы увидите одну непрерывную прямую линию. С другой стороны, для переменного тока вы увидите синусоидальный волнообразный рисунок с напряжением, чередующимся между пиковыми положительными и пиковыми отрицательными точками в одном цикле. По сути, ток движется «туда-сюда».

Работа инвертора

Чтобы понять работу инвертора, рассмотрим схему, в которой источник постоянного тока используется для питания устройства переменного тока. Для преобразования постоянного тока в переменный есть четыре переключателя. Переключатели спарены таким образом, что при замыкании переключателей 1 и 4 переключатели 2 и 3 размыкаются, и наоборот. Поэтому на нагрузку будет поступать переменный ток, хотя она и подключена к источнику постоянного тока.

Когда одна пара переключателей разомкнута, ток протекает через правую сторону устройства переменного тока. Точно так же, когда соответствующая вторая пара переключателей разомкнута, ток протекает через левую сторону устройства переменного тока. И так, устройство будет испытывать переменный ток.

На устройстве не будет синусоиды; вместо этого внезапное переключение приведет к прямоугольной волне. Эта волна может фактически повредить электрическое устройство, поэтому ее необходимо сгладить. Для этого инженеры используют определенные электрические компоненты, такие как диоды, IGBT, MOSFET и т. д. 

Использование IGBT в инверторах: 

БТИЗ (биполярный транзистор с изолированным затвором) — это полупроводниковый прибор с тремя выводами. Теперь рассмотрим схему, показанную ниже для двигателя.

Есть источник постоянного тока и нагрузка переменного тока, а также группа IGBT, подключенных к контроллеру. Каждый IGBT получит сигнал от контроллера, сообщающий ему, когда открывать и закрывать. IGBT соединены вместе.

Когда вы включаете цепь, контроллер переключает пару IGBT, чтобы позволить току проходить через них в течение ограниченного периода времени, поэтому двигатель будет испытывать переменный ток.

Использование инверторов для управления скоростью двигателя:

БТИЗ открываются и закрываются пульсирующим образом несколько раз за цикл, что также известно как широтно-импульсная модуляция. Сам цикл разбит на более мелкие сегменты, и контроллер сообщает БТИЗ, как долго оставаться закрытым для каждого меньшего сегмента. Таким образом, IGBT допускают протекание через двигатель переменного тока.

В результате средняя мощность на сегмент соответствует синусоидальному паттерну. Чем больше мы разделим цикл на более мелкие сегменты, тем плавнее будет синусоида. Итак, двигатель будет испытывать синусоидальный переменный ток.

Затем контроллер можно использовать для управления временем, в течение которого определенный IGBT открыт для управления соответствующей частотой и длиной волны сигнала, который будет управлять скоростью, крутящим моментом и направлением двигателя.

Использование инверторов: 

Инверторы имеют множество применений и используют:

• Они используются в крошечных автомобильных адаптерах для офиса, бытовых приложений и крупных сетевых систем.
• Обычно применяется в фотогальванических батареях.
• Они интегрированы в преобразователи частоты для управления скоростью, крутящим моментом и направлением вращения двигателей переменного тока.
• Они используются в системах ОВК для промышленных и коммерческих объектов.
• Их можно использовать в качестве ИБП (источников бесперебойного питания).
• Они используются в системах солнечной энергии.
• Их можно использовать в центробежных вентиляторах, смесителях, насосах, конвейерах, экструдерах и т. д.