Трансформаторные инверторы: ключевые преимущества и как они революционизируют солнечную энергетику

Иногда технологии могут делать гигантские шаги вперед для коллективного сообщества. Бестрансформаторная технология — одно из таких развитий. Она предлагает утилитам, независимым производителям энергии и интеграторам неограниченную доставку мощности и сниженную сложность. Это означает, что два самых распространенных типа коммерческих PV-установок могут использовать более эффективные методы и снизить затраты.

Бестрансформаторные инверторы меньше и легче своих трансформаторных аналогов, что может быть главными причинами для их рассмотрения.

Читайте дальше, чтобы узнать, как работают бестрансформаторные инверторы, лучшие схемы для них, монтажные соображения и их преимущества.

Что такое бестрансформаторный инвертор?

Инвертор питания преобразует низковольтный постоянный ток (DC) в высоковольтный переменный ток (AC), который используют бытовые приборы.

Вместо необходимости внутреннего трансформатора для конвертации энергии, бестрансформаторный инвертор может повысить напряжение, используя компьютеризированный многошаговый процесс. Электронные компоненты внутри инвертора меняют низкочастотную DC мощность на высокочастотную AC. Затем он конвертирует мощность обратно в DC и, наконец, в стандартное частотное AC напряжение.

3 лучшие схемы для бестрансформаторных инверторов

Три лучшие конфигурации схем для бестрансформаторных инверторов — это IC 4047, компактный дизайн 200 Ватт и схемы солнечных инверторов. Они малы, относительно просты и полагаются на батарею или солнечную энергию, а не на внутренний трансформатор.

IC 4047

Рис. 4: IC 4047

IC 4047 — одна из самых простых схем, которую можно использовать для бестрансформаторного инвертора. Ей не требуется бутстраппинг или специальные драйверы IC.

Однако она в два-три раза больше похожих N-канальных устройств с пониженной термической толерантностью и увеличенными спецификациями тока. Таким образом, проектировщики избегают её для профессиональных и коммерческих блоков.

Как это работает

IC 4047 — низковольтный мультивибратор, который можно использовать в обоих астабильном или моностабильном режимах MV. Вы можете интегрировать внешние триггерные входы в астабильном режиме (истинное гейтинг или комплементарное гейтинг). В моностабильном режиме вы можете положительно или отрицательно по фронту запускать IC.

Её повторно-триггерируемая особенность позволяет продлить выходное время до необходимого количества.

Она также имеет встроенный осциллятор, позволяющий варианты переменной частоты с внешней RC сетью.

Конфигурация

• Питание: Батареи, рассчитанные на 190В при полном заряде и 160В при среднем заряде 
• IC 555: PWM
• Операционный усилитель IC: настроен как компаратор с треугольными волнами для обработки требуемых SPWM
• BJT буферный ключ: установлен согласно SPWM импульсам с низкосторонними MOSFET, переключенными в тот же паттерн
• MOSFET: должны быть рассчитаны на обработку 3кВА бестрансформаторного инвертора (такие как IRFB4137PBF-ND)
• Ферритовое ядро: вместо тяжелого железного трансформатора

Тестирование частоты

Используйте следующую формулу, измеряя f в Гц, Rt в Омах, и Ct в Фарадах: 

f = 1/1.453 x Rt x Ct

Вы захотите протестировать диапазон выходной частоты с цифровым частотомером до получения желаемых результатов.

Список деталей 

• C1 = 0.1мкФ / PPC
• R1 = 56к
• IC вывод 10 /11 резистор = 330 ом — 2шт
• Верхние P-канальные MOSFET = FQP4P40 — 2шт
• Нижние N-канальные MOSFET = IRF740 = 2шт
• Резисторы затвора MOSFET = 100к — 2шт
• Оптопары = 4N25 — 2 шт
• Стабилитроны = 12В, 1/2 ватт — 2 шт

Компактный дизайн 200 Ватт

Конфигурация 200 Ватт проста и эффективна, не требуя тяжелого трансформатора. Батареи, которые её питают, не занимают много места и выдают 110 В AC на 200 Ватт.

Как это работает

Простая схема инвертора 200 Ватт использует высоковольтный входной DC от восемнадцати 12-вольтовых батарей. IC нуждается в строгом рабочем напряжении 5-15 вольт, поэтому это берется от одной из 12-вольтовых батарей.

Конфигурация

• Питание: восемнадцать 12-вольтовых батарей в серии
• Осциллятор: гейт N1 (от IC 4093)
• IC: вход от одной из 12-вольтовых батарей, приложен к соответствующим IC выводам 
• Для истинного синусоидального инвертирования: используйте генератор синусоиды вместо входного осциллятора

Список деталей 

• Батарея = 12В/4Ач, 18 шт.
• D1 = 1N4148
• NAND IC = 4093,
• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• Q6, Q7 = K1058,
• Q8, Q9 = J162

Схема бестрансформаторного солнечного инвертора

Рис. 3: Система бестрансформаторного солнечного инвертора

Конструкция бестрансформаторного солнечного инвертора устраняет трансформатор, используя высоковольтные MOSFET для улавливания солнечной энергии. Стабилизатор напряжения может помочь регулировать колебания мощности на основе потерь и прироста мощности от колебаний солнечного света.

Как это работает

Бестрансформаторные солнечные инверторы конвертируют солнечную энергию в AC электричество. У них три основные стадии: осциллятор, выходная и стадия подачи мощности.

Конфигурация

• Питание: солнечные панели с диапазоном открытого цепи напряжения 17В (сумерки) до 24В (яркий солнечный свет), подаваемые в B1 и B2
• Снижающий резистор и стабилитрон: ограничение до 15В стабилитронного напряжения
• Стабилизатор напряжения: для регулирования выходного напряжения солнечной панели между солнечными и пасмурными днями, которые могут варьироваться от 170В-260В
• MOSFET: N и P типы, рассчитанные на 450В и 5 ампер
• Осциллятор: IC 555
• Выход: высоковольтные мощностные MOSFET

Формулы для R₁, R₂, и C₁

T₁=0.7(R₁+R₂)C и T₂=0.7R₁C

так

T=0.7(R₁+2R₂)C или f=1.4/(R₁+2R₂)C

где

T₁ = высокий период, T₂ = низкий период, T = общий период, и f = частота

Список деталей 

• B1 и B2 = от солнечной панели
• C1 = 0.1мкФ
• Диоды = 1N4148
• R1 = 6K8
• R2 = 140К
• R3 = 10К, 10 ватт,
• R4, R5 = 100 Ом, 1/4 ватт
• Z1 = 5.1В 1 ватт

Альтернативно, вы можете установить полную H-мостовую схему инвертора. Преимущество этого в том, что вам понадобится установить только одну солнечную панель для получения 220В выхода.

Рис. 5: Система бестрансформаторного солнечного инвертора

Конструкция бестрансформаторного солнечного инвертора устраняет трансформатор, используя высоковольтные MOSFET для улавливания солнечной энергии. Стабилизатор напряжения может помочь регулировать колебания мощности на основе потерь и прироста мощности от колебаний солнечного света.

Конфигурация

• Питание: солнечные панели с диапазоном открытого цепи напряжения 17В (сумерки) до 24В (яркий солнечный свет), подаваемые в B1 и B2
• Снижающий резистор и стабилитрон: ограничение до 15В стабилитронного напряжения
• Стабилизатор напряжения: для регулирования выходного напряжения солнечной панели между солнечными и пасмурными днями, которые могут варьироваться от 170В-260В
• MOSFET: N и P типы, рассчитанные на 450В и 5 ампер
• Осциллятор: IC 555
• Выход: высоковольтные мощностные MOSFET

Формулы для R₁, R₂, и C₁

T₁=0.7(R₁+R₂)C и T₂=0.7R₁C

так

T=0.7(R₁+2R₂)C или f=1.4/(R₁+2R₂)C

где

T₁ = высокий период, T₂ = низкий период, T = общий период, и f = частота

Список деталей 

• B1 и B2 = от солнечной панели
• C1 = 0.1мкФ
• Диоды = 1N4148
• R1 = 6K8
• R2 = 140К
• R3 = 10К, 10 ватт,
• R4, R5 = 100 Ом, 1/4 ватт
• Z1 = 5.1В 1 ватт

Альтернативно, вы можете установить полную H-мостовую схему инвертора. Преимущество в том, что вам понадобится установить только одну солнечную панель для получения 220В выхода.

Монтажные соображения бестрансформаторных инверторов

Рис. 4: Рабочие, устанавливающие и тестирующие бестрансформаторные инверторы

Использование традиционных инверторов означает, что каждый должен сочетаться с одиночным или кастомным изолирующим трансформатором. Мощность немедленно снижается, так как изолирующие трансформаторы эффективны максимум на 99%. Плюс, громоздкий размер и предел диапазона сразу встают у вас на пути. Бестрансформаторные инверторы подключаются напрямую к зданию или подпанели, если она достаточного размера.

Без тяжелого трансформатора дизайн легкий и маневренный, увеличивая варианты установки. Я также устраню огромное количество DC проводки и длину и стоимость AC проводки. Вы можете подключить несколько параллельных инверторов без трансформаторов, используя прямую мощность для наиболее стабильной производительности. 

Различия между трансформаторными и бестрансформаторными инверторами

Главное различие между бестрансформаторными инверторами и традиционными инверторами — это сам трансформатор. Отсутствие трансформатора освобождает пространство для более чистого, легкого и прямого дизайна. Это также делает его более эффективным. Компьютеризированный процесс и улучшенные электронные компоненты заменяют трансформатор.

Эти источники бесперебойного питания теперь распространены в средах центров обработки данных с меньшими установками. Они доступны в диапазоне мощностей от ниже 10 кВА до около 300 кВА. 

Преимущества использования бестрансформаторного инвертора

Рис. 5: Легкий и компактный бестрансформаторный инвертор

Бестрансформаторные инверторы эффективнее обычных и способны избегать внутренних потерь энергии. Это также устраняет дополнительные затраты на компоненты из-за отсутствия трансформатора, который громоздкий и большой. Бестрансформаторные версии легкие и компактные и используют электронное переключение вместо механического. 

Бестрансформаторные инверторы также имеют меньше механического шума и меньше тепла от механических компонентов. В целом, эти свойства делают сборку дешевле из-за отсутствия необходимости в вентиляторах охлаждения, трансформаторах и других громоздких компонентах. 

Обычные инверторы работают через одну точку питания. То есть, низкая производительность одного компонента снизит общий DC выход. С бестрансформаторными инверторами вы можете установить их в двух разных направлениях, генерируя DC выход.

Заключение

В целом, бестрансформаторные инверторы стоимоэффективны из-за меньшего количества и более эффективных электронных компонентов. У вас есть разные варианты выбора со схемами, но общее преимущество бестрансформаторных моделей — универсальность. Использование более мелких, компактных приборов и электроники делает производство и стоимость для потребителя дешевле.

Варианты схем зависят от того, какой DC выход требуется. Альтернативно, бестрансформаторные компоненты дают преимущество скорости и эффективности. Эта технология развивалась и улучшалась десятилетиями и будет революционизировать электронное потребление в будущем.