Инвертор в электронике что это такоеИнвертором в электронике и электротехнике называется устройство для преобразования постоянного тока в переменный с регулируемыми или постоянными значениями напряжения и частоты на выходе. Если инвертор расчитан на нагрузку, не имеющую альтернативного источника питания, он называется автономным. Они нашли широкое применение для питания потребителей переменным током от аккумуляторных батарей или других источников, для электроприводов с частотным регулированием, в различных системах прямого преобразования энергии, в сварочных аппаратах в силовой и медицинской технике и т. п.
Отдельно можно выделить понятие инвертор в цифровой электронике: это — логический элемент, выполняющий логическую операцию отрицания (инверсия) Работа инвертора основана на переключении источника постоянного напряжения с определенной частотой с целью периодического изменения полярности напряжения на выходе устройства. Частота задается управляющими сигналами управления, формируемыми специальной схемой, называемой контроллером. От также можеть выполнять следующие функции: регулировка уровня напряжения, синхронизация частоты переключения, защита от перегрузок и т.п. По принципу работы инверторы можно разделить на: Автономные делятся на инверторы напряжения (АИН), например — в компьютерных ИБП и инверторы тока (АИТ)
Зависимые - ведомые сетью, например — силовой преобразователь рентгеновского флюорографического аппарата. В роли переключательных элементов в автономных инверторах (АИ) нашли широкое применение все виды транзисторов, а также стандартные и двухоперационные тиристоры. Транзисторные ключи на биполярных и полевых транзисторах применяются в устройствах небольшой и средней мощности. Тиристоры и IGBT чаще используют в мощных схемах. Все АИ можно поделить на ряд видов. По схеме преобразования: однофазные, трехфазные, разновидности схемы питания и некоторым другим свойствам.
По способу коммутации: полностью коммутируемые по цепям управления и с коммутирующими конденсаторами, подсоединенными параллельно нагрузке и последовательные инверторы с двухступенчатой коммутацией А также АИ напряжения (АИН) и тока (АНТ) в зависимости от вида источника питания и его связи с АИ
Устройства этого типа генерируют в нагрузке переменное напряжение с помощью периодического подсоединения ее к источнику напряжения за счет поочередного попарного подключения вентилей смотри рисунок ниже. Источник питания работает в режиме генератора напряжения (аккумулятор или выпрямитель с емкостным фильтром). 
Каждый тиристор снабжен схемой коммутации. При работе схемы на нагрузке образуются импульсы напряжения прямоугольной формы, а форма тока зависит от ее характера нагрузки. Если она чисто активная, то форма токовых импульсов повторяет форму напряжения (пунктир на диаграме), если нагрузка активно-индуктивная, ток iн меняется по экспоненте с постоянной времени: τ = Lн/Rн
При запирании очередной пары тиристороы (VD1 и VD4) и отткрытии другой Uн меняется скачком, а ток некоторое время продолжает сохранять свое направление. Для обеспечения протекания этого тока нужны обратные диоды VD5- VD8, затем ток замыкается через емкость С. Частота тока в нагрузке задается управляющей схемой, нагрузочная характеристика инвертора - жесткая, т.к напряжение на нагрузке Un = Е. Поэтому входной ток АИН будет (при RL-нагрузке) знакопеременным, то при работе АИН от выпрямителя требуется конденсатор С большим номиналом емкости. Такая схема способна работать в огромном диапазоне нагрузок - от холостого хода (ХХ) до значений, при которых вероятна перегрузка вентилей. Максимальные токовые уровни в нагрузке при симметричном характере выходного напряжения будут равны: Iнmax=I0×(1-e-T/2τ / 1+e-T/2τ)
Где, I0 = E/Rн; τ = Lн/Rн; T - период Регулировать напряжение на выходе инвертора можно, либо изменяя Е, либо с помощью широтно-импульсного регулирования. Последнее можно осуществить несколькими способами: каждый импульс напряжения в нагрузке АИН образуется из нескольких, изменяющих свою длительность (рисунок а);
сокращение времени работы в каждый полупериод за счет закрывания одной пары тиристоров и включения другой пары с задержкой (рисунок б); Использованием 2-х инверторов, работающих на общую нагрузку через трансформатор с геометрическим сложением выходных напряжений с помощью регулировки фазы в управляющих схемах (в). 
В первых двух вариантах возрастают амплитуды высших гармоник, но в первом случае можно по лучить выходное напряжение, близкое к синусоидальной форме.
Схема получает питание через индуктивность большого номинала, поэтому потребляемый ток практически не изменяется. При поочередном переключении вентельных пар (не запираемых) в нагрузке генерируются прямоугольные токовые импульсы, а форма напряжения зависит от характера нагрузки, которая обычно бывает активно-емкостной. Как видно из схемы ниже при очередном переключении тиристоров (допустим, работали VD1 и VD4, а включаются VD2 и VD3) через нагрузку ток изменяется скачкообразно, а за счет перезаряда емкости С в течение некоторого временного интервала ранее работавшие тиристоры окажутся под обратным напряжением и поэтому запираются. Необходимо добится того, чтобы этот интервал был больше времени отключения полупроводникового вентиля. Чем больше постоянная времени тау , тем медленнее изменяется напряжение на нагрузке, закон его изменения при этом практически приближается к линейному, а форма импульсов стремится к треугольной. Внешняя характеристика токового инвертора - мягкая (крутопадающая), режим холостого хода полностью невозможен. 
Относительное значение напряжения на нагрузке и внешней вид характеристики могут быть приблизительно вычеслены по формуле: 
Следует добавить, что при активно-индуктивной нагрузке устройство неработоспособно и такую нагрузку следует обязательно шунтировать конденсатором. Так как в реальных условиях трудно обеспечить L= ∞ или С= ∞ реальные схемы АИН и АИТ обладают некоторыми промежуточнымисвойствами. Для питания однофазной маломощной нагрузки с напряжением, заметно отличающимся от уровня источника питания, удобно использовать схему, в которой одна пара полупроводниковых вентилей заменена полуобмотками трансформатора, а сам он позволяет согласовать Un и Uн. 
При включении вентиля VD1 ток протекает от блока питания через индуктивность, полуобмотку трансформатора W1 и собственно VD1. Во вторичной обмотке наводится ЭДС, и генерируется ток в подключенной нагрузке. Коммутирующая емкость С заряжается почти до уровня удвоенного сетевого напряжения (за счет возникающей ЭДС самоиндукции в W2). Когда схема управления СУ включит второй тиристор, конденсатор оказывается подсоединенным параллельно VD1, тот запирается и алгоритм работы повторяется. В нагрузке генерируется напряжение с частотой, задаваемой схемой управления. Форма напряжения зависит от сопротивления нагрузки Rн (при больших значениях она ближе к треугольной, при более низких - к прямоугольной), величина -от коэффициента трансформации, Е и значения Rн. Напряжение на индуктивности определяется разностью между Uc (пересчитанным к половине первичной обмотки) и Е. В режимах, приближенных к ХХ, емкость заряжается неизменным током, причем Uc может достигать огромных (> Е) значений, что опасно для полупроводниковых элементов. В роли управляющей схемы можно использовать транзисторный симметричный мультивибратор с эмиттерными повторителями, подсоединенными к управляющим электродам тиристоров, питающийся от того же блока питания. Последовательные инверторы в отдельных случаях используются для получения переменного тока частотой (f= 2...50 кГц). Они имеют собственную резонансную цепочку, при помощи которой осуществляется коммутация тиристоров. Схема на рисунке ниже работает следующим образом. При подаче управляющего сигнала открывается VD1, ток идет через L1, Rн, С. В следующий полупериод включается тиристор VD2 и конденсатор С, заряженный во время первого полупериода, разряжается через Rн, L2 и второй тиристор. Схема способна работать в нескольких режимах. 
В режиме прерывистых токов (смотри график б) VD1 выключается после спадания тока заряда емкости С, т. е. до того момента, когда управляющая схема включает второй тиристор (и наоборот). В результате появляется временной интервал, когда оба тиристора ток не проводят и Iн = 0. В режиме непрерывных токов (график, г) первый тиристор отключается в момент включения VD2, т. е. появляется состояние, когда ток пропускают оба тиристора. Выключение VD1 при этом происходит за счет того, что при включении VD2 и протекании тока разряда конденсатора через L2 в L1 генерируется противо-ЭДС, достаточная для снижения тока открытого первого тиристора до нуля. Для этого требуется, чтобы включение VD2 былоо тогда, когда ток через VD1 уже начал падать. Иначе неизбежен режим "сквозного" тока протекающего через VD1, L1, L2 и VD2, т. е. режим короткого замыкания. Оптимальным считается граничный режим (график, в), при котором форма тока в нагрузке стремится к синусоидальной. Такие инверторы целесообразно использовать при постоянных значениях всех параметров, в.т.ч нагрузки, при этом обеспечивается жесткая внешняя характеристика. Так как при низких нагрузках инвертор способен выпасть из режима, параллельно Rн подключают конденсатор С0 и инвертор превращается в последовательно-параллельный. Если подсоединить еще одну емкость С1, то инвертор из однотактного трансформируется в двухтактный, в то время, когда заряжается С, разряжается С1 и наоборот. Это существенно повышает эффективность работы схемы. Последовательные инверторы бывают и многофазными. |
  |
