Инвертор напряжения -

Содержание страницы

Что такое инвертор напряжения, как он работает, применение инвертора

Для преобразования постоянного тока в переменный применяют специальные электронные силовые устройства, называемые инверторами. Чаще всего инвертор преобразует постоянное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины.

Таким образом, инвертор — это генератор периодически изменяющегося напряжения, при этом форма напряжения может быть синусоидальной, приближенной к синусоидальной или импульсной . Инверторы применяют как в качестве самостоятельных устройств, так и в составе систем бесперебойного электроснабжения (UPS).

В составе источников бесперебойного питания (ИБП), инверторы позволяют, например, получить непрерывное электроснабжение компьютерных систем, и если в сети напряжение внезапно пропадет, то инвертор мгновенно начнет питать компьютер энергией, получаемой от резервного аккумулятора. По крайней мере, пользователь успеет корректно завершить работу и выключить компьютер.

В более крупных устройствах бесперебойного электроснабжения применяются более мощные инверторы с аккумуляторами значительной емкости, способные автономно питать потребители часами, независимо от сети, а когда сеть снова вернется в нормальное состояние, ИБП автоматически переключит потребители напрямую к сети, а аккумуляторы начнут заряжаться.

В современных технологиях преобразования электроэнергии инвертор может выступать лишь промежуточным звеном, где его функция — преобразовать напряжение путем трансформации на высокой частоте (десятки и сотни килогерц). Благо, на сегодняшний день решить такую задачу можно легко, ведь для разработки и конструирования инверторов доступны как полупроводниковые ключи, способные выдерживать токи в сотни ампер, так и магнитопроводы необходимых параметров, и специально разработанные для инверторов электронные микроконтроллеры (включая резонансные).

Требования к инверторам, как и к другим силовым устройствам, включают: высокий КПД, надежность, как можно меньшие габаритные размеры и вес. Также необходимо чтобы инвертор выдерживал допустимый уровень высших гармоник во входном напряжении, и не создавал неприемлемо сильных импульсных помех для потребителей.

В системах с «зелеными» источниками электроэнергии (солнечные батареи, ветряки) для подачи электроэнергии напрямую в общую сеть, применяют Grid-tie – инверторы, способные работать синхронно с промышленной сетью.

В процессе работы инвертора напряжения, источник постоянного напряжения периодически подключается к цепи нагрузки с чередованием полярности, при этом частота подключений и их продолжительность формируется управляющим сигналом, который поступает от контроллера.

Контроллер в инверторе обычно выполняет несколько функций: регулировка выходного напряжения, синхронизация работы полупроводниковых ключей, защита схемы от перегрузки. Принципиально инверторы делятся на: автономные инверторы (инверторы тока и инверторы напряжения) и зависимые инверторы (ведомые сетью, Grid-tie и т.д.)

Полупроводниковые ключи инвертора управляются контроллером, имеют обратные шунтирующие диоды. Напряжение на выходе инвертора, в зависимости от текущей мощности нагрузки, регулируется автоматическим изменением ширины импульса в блоке высокочастотного преобразователя, в простейшем случае это ШИМ (широтно-импульсная модуляция).

Полуволны выходного низкочастотного напряжения должны быть симметричными, чтобы цепи нагрузки ни в коем случае не получили значительной постоянной составляющей (для трансформаторов это особенно опасно), для этого ширина импульса НЧ-блока (в простейшем случае) делается постоянной.

В управлении выходными ключами инвертора, применяется алгоритм, обеспечивающий последовательную смену структур силовой цепи: прямая, короткозамкнутая, инверсная.

Так или иначе, величина мгновенной мощности нагрузки на выходе инвертора имеет характер пульсаций с удвоенной частотой, поэтому первичный источник должен допускать такой режим работы, когда через него текут пульсирующие токи, и выдерживать соответствующий уровень помех (на входе инвертора).

Если первые инверторы были исключительно механическими, то сегодня есть множество вариантов схем инверторов на полупроводниковой базе, а типовых схем всего три: мостовая без трансформатора, двухтактная с нулевым выводом трансформатора, мостовая с трансформатором.

Мостовая схема без трансформатора встречается в устройствах бесперебойного питания мощностью от 500 ВА и в автомобильных инверторах. Двухтактная схема с нулевым выводом трансформатора используется в маломощных ИБП (для компьютеров) мощностью до 500 ВА, где напряжение на резервном аккумуляторе составляет 12 или 24 вольта. Мостовая схема с трансформатором применяется в мощных источниках бесперебойного питания (на единицы и десятки кВА).

Форма напряжения на выходе

В инверторах напряжения с прямоугольной формой на выходе, группа ключей с обратными диодами коммутируется так, чтобы получить на нагрузке переменное напряжение и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи реактивной энергии.

За пропорциональность выходного напряжения отвечают: относительная длительность управляющих импульсов либо сдвиг фаз между сигналами управления группами ключей. В неконтролируемом режиме циркуляции реактивной энергии, потребитель влияет на форму и величину напряжения на выходе инвертора.

В инверторах напряжения со ступенчатой формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь формирует однополярную ступенчатую кривую напряжения, грубо приближенную по своей форме к синусоиде, период которой равен половине периода выходного напряжения. Затем мостовая НЧ-схема превращает однополярную ступенчатую кривую в две половинки разнополярной кривой, грубо напоминающей по форме синусоиду.

В инверторах напряжения с синусоидальной (или почти синусоидальной) формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь генерирует постоянное напряжение близкое по величине к амплитуде будущей синусоиды на выходе.

После этого мостовая схема формирует из постоянного напряжения переменное низкой частоты, путем многократной ШИМ, когда каждая пара транзисторов на каждом полупериоде формирования выходной синусоиды открывается несколько раз на время, изменяющееся по гармоническому закону. Затем НЧ-фильтр выделяет из полученной формы синус.

Схемы предварительных ВЧ- преобразователей в инверторах

Простейшие схемы предварительного высокочастотного преобразования в инверторах являются автогенераторными. Они довольно просты в плане технической реализации и достаточно эффективны на малых мощностях (до 10-20 Вт) для питания нагрузок не критичных к процессу подачи энергии. Частота автогенераторов не более 10 кГц.

Положительная обратная связь в таких устройствах получается от насыщения магнитопровода трансформатора. Но для мощных инверторов такие схемы не приемлемы, поскольку потери в ключах возрастают, и КПД получается в итоге низким. Тем более, любое КЗ на выходе срывает автоколебания.

Более качественные схемы предварительных высокочастотных преобразователей — это обратноходовые (до 150 Вт), двухтактные (до 500 Вт), полумостовые и мостовые (более 500 Вт) на ШИМ контроллерах, где частота преобразования достигает сотен килогерц.

Типы инверторов, режимы работы

Однофазные инверторы напряжения подразделяются на две группы: с чистым синусом на выходе и с модифицированной синусоидой. Большинство современных приборов допускают упрощенную форму сетевого сигнала (модифицированную синусоиду).

Чистая же синусоида важна для приборов, у которых на входе есть электродвигатель или трансформатор, либо если это специальное устройство, работающее только с чистой синусоидой на входе.

Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например, для питания трёхфазного асинхронного двигателя. При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора. По мощности инвертор выбирают исходя из пикового значения оной для потребителя.

Вообще, существует три рабочих режима инвертора: пусковой, длительный и режим перегрузки. В пусковом режиме (заряд емкости, пуск холодильника) мощность может на долю секунды двукратно превысить номинал инвертора, это допустимо для большинства моделей. Длительный режим — соответствующий номиналу инвертора. Режим перегрузки — когда мощность потребителя в 1,3 раза превышает номинал — в таком режиме средний инвертор может работать примерно полчаса.

Преобразователи напряжения, инверторы для дома

Многие, кто сталкивался с необходимостью пользоваться бытовими приборами в дали от сети 220 В. Помогает в решении такого вопроса инвертор напряжения. Выбрать полезный прибор вы можете по каталогу нашего сайта, где вы найдете инвертор с необходимыми вам техническими характеристиками по доступной стоимости.

Современные преобразователи напряжения достаточно многофункциональные приборы, которые можно использовать в следующих целях:

В качестве источника бесперебойного питания;
Для зарядки компьютера, телефона и других современных гаджетов;
Подключения различной бытовой техники – телевизора, стиральной машины и т.д.
Обеспечения энергией обогревателей и электроинструмента;
В качестве источника резервного питания в загородных домах и коттеджах.

Как выбрать преобразователь?

Выбирая инвертор для дома необходимо исходить, в первую очередь, из мощности прибора с которым вы планируете его использовать. В случае если вы планируете подключать инвертерк нескольким электроприборам, учитывайте их суммарную мощность. В противном случае при некорректном подключении возможна поломка преобразователя. В каталоге нашего интернет-магазина представлены инверторы напряжения с различными режимами работы, светодиодными индикаторами, стильным внешним видом.

Мы предлагаем купить преобразователь напряжения от надежного производителя – ТМ Luxeon. Данная компания представляет продукцию на рынке Украины с 2000 года. Продуктом производства компании являются качественные и надежные инверторы для домаи другие приборы для работы с электричеством.

Каталог нашего сайта предлагает возможность удобной фильтрации товаров по следующим параметрам:

Стоимость;
Диапазон мощности (менее 1000 ВА, от 1000 до 3000 ВА, более 3000 ВА);
Вид преобразования инвертора (синусоидальный, модифицированный синусоидальный и другие);
Входное напряжение – 12 , 24 или 48 В.

Купить инвертор с необходимыми характеристиками на нашем сайте также поможет наличие подробного описания о технических особенностях прибора, его габаритах, цене, фото, отзывы.

Преобразователи имеют широкую сферу применения:

На нашем сайте вы сможете приобрести преобразователь напряжения для котлов и других отопительных приборов. Консультанты интернет-магазина помогут подобрать вам устройство исходя из необходимой мощности и совместимости с различными электроприборами.
Инвертор для солнечных батарей также представлен в ассортименте нашего интернет-магазина. Вы можете подобрать устройство самостоятельно, ознакомившись с его описанием в каталоге, или обратиться за помощью к менеджерам ресурса.

Купить преобразователь вы сможете у нас по доступной цене с доставкой по Украине.

Инверторы напряжения

Инверторы с напряжением аккумулятора 12 В

Инверторы с напряжением аккумулятора 24 В

Инверторы с выходным напряжением — чистая синусоида

Инверторы с выходным напряжением — аппроксимированная синусоида

Производитель: LUXEON (Китай)
Входное напряжение, В: 24
Выходное напряжение, В: 12

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 150
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 600
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220

Производитель: RITAR (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 2000

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 300
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 1200
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 1000
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220± 5%

Производитель: EXA-Power (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 480
Входное напряжение, В: 120 – 300
Выходное напряжение, В: 160 – 260

Производитель: EXA-Power (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 640
Входное напряжение, В: 120 – 300
Выходное напряжение, В: 160 – 260

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 2000
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220± 5%

Производитель: EXA-Power (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 1200
Входное напряжение, В: 120 – 300
Выходное напряжение, В: 160 – 260

Производитель: EXA-Power (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 800
Входное напряжение, В: 120 – 300
Выходное напряжение, В: 160 – 260

Товар заканчивается

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 1500
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220± 5%

Товар заканчивается

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 36
Входное напряжение, В: 100-260
Выходное напряжение, В: 12±15%

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 90
Входное напряжение, В: 12
Выходное напряжение, В: 220± 5%

Снят с производства

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 180
Входное напряжение, В: 12
Выходное напряжение, В: 220± 5%

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 600
Входное напряжение, В: 12
Выходное напряжение, В: 220± 5%

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 60
Входное напряжение, В: 100-260
Выходное напряжение, В: 12±15%

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 150
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 600
Выходное напряжение, В: 220

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 200
Входное напряжение, В: 170-260
Выходное напряжение, В: 12

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 450
Входное напряжение, В: 12
Выходное напряжение, В: 220± 5%

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 300
Входное напряжение, В: 170-260
Выходное напряжение, В: 12

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 300
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220± 5%

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 500
Входное напряжение, В: 170-260
Выходное напряжение, В: 12

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 600
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 1000
Входное напряжение, В: 170-260
Выходное напряжение, В: 12

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 1000
Входное напряжение, В: 10,5-14
Выходное напряжение, В: 220

в наличии

Производитель: LUXEON (Китай)
Номинальная мощность, Вт: 1200
Входное напряжение, В: 12
Выходное напряжение, В: 220± 5%

в наличии

Возникли сложности в выборе, обращайтесь:

Что такое инвертор напряжения?

В поездках, турпоходах, в местах, где отсутствует стационарная электрическая сеть, незаменимым прибором является инвертор. Он используется, если нужно запитать бытовую технику.

Инвертор ― это портативный преобразователь напряжения. Из переменного тока 220 В он позволяет получать 12 В постоянного или наоборот.

Он дает возможность электроприборам (телевизор/ ноутбук/ зарядное устройство), рассчитанным на напряжение 220 В, работать от аккумулятора либо от бортовой сети автомобиля. Направление преобразования — «12–220 В». Для использования в авто выпускают модели с адаптером под прикуриватель.

Направление преобразования «220–12 В» используется для зарядки батареи и питания портативной техники (12 В) от бытовой электрической сети переменного тока.

Инверторы напряжения помогают преодолеть зависимость работы электроприборов от качества сетей переменного тока. Например, в компьютерах при неожиданном обесточивании сети источник бесперебойного питания образуется из резервной аккумуляторной батареи и инвертора. Это позволяет корректно завершить работу компьютера. В более сложных устройствах инверторы могут работать параллельно с сетью или не зависеть от нее.

Инвертор может быть самостоятельным источником питания для потребителей переменного тока, а также промежуточным звеном в цепочке преобразователей. Подобные аппараты характеризуются высокой частотой преобразования. Для них требуются более качественные магнитные материалы, полупроводниковые ключи, специализированные контролеры.

Условия эффективной эксплуатации

Для долговечной и безопасной эксплуатации инвертора мощность питаемых приборов не должна быть выше его собственной. Поэтому перед подключением необходимо просуммировать показатели всех планируемых устройств. К сумме прибавляется 15–20% запаса.

Питая бытовую технику через инвертор, хочется быть уверенным в безопасности. Поэтому при выборе модели необходимо обращать внимание на наличие защиты от перепадов напряжения, перегрева, перегрузок и замыканий в электросети., системы защиты от разряда штатного источника питания и функций автоматического перезапуска устройства.

Где купить инвертор?

Интернет-магазин 220 Volt реализует, устанавливает и обслуживает электротехнику. В нем представлены инверторы разных модификаций. В том числе инверторы для солнечных батарей. Подробнее о товаре и условиях покупки вы можете узнать у сотрудников магазина. Если вам нужна консультация, а также информация об эксплуатации оборудования, позвоните нам или закажите обратный звонок.

Инвертор напряжения

С развитием альтернативных источников энергии, в частности с массовым внедрением солнечных панелей, инвертор напряжения находит все более широкое применение. Поскольку применяется как постоянный, так и переменный ток, то часто возникает необходимость в преобразовании энергии одного рода в другой. Устройства, преобразующие переменный ток в постоянный называются выпрямителями. В качестве выпрямителя чаще всего применяют диодный мост. А устройство, преобразующее постоянный ток в переменный называют инвертором.

По ряду положительный свойств большую популярность завоевал инвертор напряжения. Особенно широко он используется с целью преобразования электрической энергии постоянного тока аккумуляторной, солнечной батареи или суперконденсатор в переменное напряжение 230 В, 50 Гц для питания большинства промышленных устройств.

Принцип работы инвертора напряжения

Представим, что у нас имеется источник электрической энергии постоянного тока такой, как аккумулятор или гальванический элемент и потребитель (нагрузка), который работает только от переменного напряжения. Как преобразовать один вид энергии в другой? Решение было найдено довольно просто. Достаточно подключить аккумулятор к потребителю сначала одной полярностью, а затем через короткий промежуток отключить аккумулятор, а потом снова подключить, но уже обратной полярностью. И такие переключения повторять все время через равные промежутки времени. Если выполнять таких переключений 50 раз за секунду, то на потребитель будет подаваться переменное напряжение частотой 50 Гц. Роль переключателей чаще всего выполняют транзисторы или тиристоры, работающие в ключевом режиме.

На схеме, приведенной ниже, изображен источника питания U_ип с клеммами 1-2 и потребитель R_нL_н, обладающий активно-индуктивным характером, с клеммами 3-4. В один момент времени потребитель клеммами 3-4 подключается к клеммам 1-2 U_ип, при этом I от U_ип протекает в направлении L_нR_н, а в следующий момент клеммы 3-4 изменяют свое положение и I протекает в противоположном направлении относительно потребителя электрической энергии.

Схема инвертора напряжения

Наиболее распространённая схема инвертора напряжения состоит из четырех IGBT транзисторов VT₁…VT₄, включенных по схеме моста, и четырех обратных диодов, обозначенных VD₁…VD₄, параллельно соединенных с управляемыми полупроводниковыми ключами во встречном направлении. Преобразователь питает активно-индуктивную нагрузку. Именно она является самой распространенной, поэтому была взята за основу.

Входные клеммы инвертора подключаются к U_ип. Если таким источником служит диодный выпрямитель, то выход его обязательно шунтируется конденсатором C.

В силовой электронике наибольшее применение нашли транзисторы с изолированным затвором IGBT (именно они показаны на схеме) и GTO, IGCT тиристоры. При оперировании меньшими мощностями вне конкуренции полевые транзисторы MOSFET.

В момент времени t₁ открываются VT₁ и VT₄, а VT₂ и VT₃ – закрыты. Образуется единственный путь для протекания тока через нагрузку: «+» U_ип – VT₁ – нагрузка R_нL_н – VT₄ – «-» U_ип. Таким образом, на интервале времени t₁ ‑ t₂ создается замкнутая цепь для протекания i_н в соответствующем направлении.

Режим работы схемы

Для изменения направления i_н снимаются управляющие импульсы с баз VT₁ и VT₄ и подаются сигналы на открытие второго и третьего VT_2,3. В точке t₂ на оси времени t, первый и четвертый VT_1,4 закрыты, а второй и третий – открыты. Однако, поскольку нагрузка активно-индуктивная, то i_н не может мгновенно изменить направление на противоположное. Этому будет препятствовать энергия, запасенная на индуктивности L_н. Поэтому он будет сохранять прежнее направление до тех пор, пока не рассеется все энергия, запасенная на индуктивности в виде магнитного поля, равная W_м = (L_н∙i 2 )/2.

В связи с этим, на отрезке времени t₂ – t₃ ток будет протекать через диоды VD₂ и VD₃, сохраняя прежнее направление на R_нL_н, но пройдет в обратном направлении через U_ип или конденсатор C, если источником энергии является диодный выпрямитель. Поэтому следует обязательно установить конденсатор C, если преобразователь подключен к диодному выпрямителю. Иначе прервется путь протекания i_н, в результате чего возникнут сильное перенапряжение, которое может повредить изоляцию потребителя и выведет из строя полупроводниковые приборы.

В момент времени t₃ вся запасенная на индуктивности энергия снизится до нуля. Начиная с момента t₃ до момента t₄ под действием приложенного U_ип через открытые полупроводниковые ключи VT₂ и VT₃ будет протекать i_н через L_нR_н уже в другую сторону.

В точке t₄, расположенной на оси времени t, снимается управляющий сигнал с VT_1,3, а VT₁ и VT₄ открываются. Однако i_н продолжает протекать в ту же сторону, пока не расходуется энергия, запасенная в индуктивности. Это будет происходить на интервале времени t₄ – t₅.

Работа схемы

Начиная с момента t₅ i_н изменить направление и потечет от U_ип через L_нR_н по пути через VT₁ и VT₄. Далее все процессы, протекающие в электрической цепи, будут повторяться. На L_нR_н форма напряжения будет прямоугольной, но ток на активно-индуктивной нагрузке будет иметь пилообразную форму за счет наличия индуктивности, которая не позволяет ему мгновенно вырасти и снизиться. Если потребитель имеет чисто активный характер (индуктивность и емкость практически равны нулю), то формы i_н и u_н будет в виде прямоугольников.

Поскольку VT₁…VT₄ попарно открывались на всей протяженности соответствующих полупериодов, то на выходе преобразователя формировалось максимально возможное u_н, поэтому через L_нR_н протекал i_н максимальной величины. Однако часто требуется обеспечить плавное нарастание мощности на потребителе, например для постепенного увеличения яркости освещения или частоты вращения вала двигателя.

Следует пояснить, что сигналы, поступающие из системы управления СУ, подаются не сразу на базы полупроводниковых ключей, а посредством драйвера. Так как современные СУ построены на безе микроконтроллеров, которые выдают маломощные сигналы, не способные открыть IGBT, то для увеличения мощности открывающего импульса применяется промежуточное звено – драйвер. Кроме того на часто драйвер выполняет множество дополнительных функций – защищает транзистор от короткого замыкания, перегрева и т.п.

Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров

Самый простой способ изменить величину uн заключается в регулировании величины подводимого U_ип, если такая возможность имеется. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электрической энергии как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея не имеют данной возможности. Поэтому регулировка частоты и величины выходного u_н полностью возлагается на инвертор.

Для регулирования величины u_н одну пару диагонально противоположных транзисторов следует открыть несколько ранее, чем в рассмотренном выше случае. Поэтому алгоритмом системы управления следует предусмотреть сдвигу управляющих сигналов. Например, подаваемых на открытие VT₁ и VT₄ относительно импульсов управления, подаваемых на базы VT₂ и VT₃, на некоторый угол, называемый углом управления α.

Обратите внимание, что амплитудное значение u_н остается неизменной величины и приблизительно равно значению U_ип, но действующее значение u_н будет снижаться по мере увеличения угла управления α. Рассмотрим, как это работает.

На интервале времени от t₁ до t₂ открыта пара транзисторов VT₁ и VT₄; iн протекает справа налево, как показано на схеме. В момент t₂ закрывается первый транзистор и открывается второй. Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает практически до нуля, соответственно снижается и i_н.

Далее из системы управления поступает команда и VT₂ открывается, а VT₄ закрывается. Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току i_н изменить свое направление, и он протекает по прежней цепи, только уже через диоды VD₂ и VD₃ встречно источнику питания. Длительность этого процесса продолжается до точки времени t₄. В точке t₄ под действием приложенного U_ип i_н изменяет знак на противоположный.

Широтно-импульсная модуляция

Такой алгоритм работы полупроводниковых ключей в отличие от предыдущего алгоритма формирует паузу определенной длительности, которая в конечном итоге приводит к снижению действующего значения u_н. Для формирования i_н синусоидальной формы применяется широтно-импульсная модуляция ШИМ. Преобразователь с ШИМ, а точнее алгоритм его работы, предусматривающий ШИМ, мы рассмотрим отдельно.

Также следует заметить, что рассмотренный алгоритм управления полупроводниковыми ключами называется широтно-импульсным регулированием ШИР, который часто путают с ШИМ, хотя разница огромная.

В преобразовательной технике ШИМ практически вытеснила ШИР, поскольку обладает рядом положительных свойств, благодаря которым повышается КПД всего устройства и снижается уровень электромагнитных помех. Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим инвертор напряжения с ШИМ.

Инвертор напряжения

Схема преобразователя постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В приведена на рис.1. Этот инвертор подходит для питания потребителей, которым необходимо переменное напряжение 220 В с общей мощностью до 100 Вт.

Рис.1. Принципиальная схема инвертора

Инвертор состоит из задающего генератора (симметричный мультивибратор на VT1, VT2) и силовой цепи (VT3. VT8). Инвертор работает следующим образом. После включения постоянного напряжения питания, задающий генератор на VT1 и VT2 начинает генерировать управляющие импульсы. Эти импульсы через R5 и СЗ подаются на одно плечо силовой цепи, а через R6 и С4 — на второе.

Когда на коллекторе VT1 — высокий уровень (логическая «1»), а на коллекторе VT2 — низкий уровень («0»), транзисторы VT4, VT6 и VT8 открыты, и ток течет по цепи: «+» источника питания — обмотка W1″ — переход коллектор-эмиттер транзистора VT8 — «-» источника питания. В этот момент транзисторы VT3, VT5 и VT7 закрыты.

В следующий момент на коллекторе VT2 будет «1», а на коллекторе VT1 — «0». Транзисторы VT3, VT5, VT7 открыты, и ток потечет по цепи: «+» источника питания — обмотка W1′ — переход коллектор-эмиттер VT7 — «-» источника питания. Транзисторы VT4, VT6 и VT8 закрыты. Благодаря этому, к первичной обмотке выходного трансформатора прикладывается переменное напряжение прямоугольной формы, амплитуда которого примерно равна напряжению питания. Создаваемое в магнитопроводе магнитное поле индуцирует во вторичной обмотке электродвижущую силу, величина которой определяется числом витков вторичной обмотки W2. Диоды VD1 и VD2 служат для предотвращения выбросов напряжения отрицательной амплитуды при работе задающего генератора, а диоды VD3 и VD4 предохраняют от пробоя мощные транзисторы в силовой цепи на холостом ходу (при отсутствии нагрузки во вторичной обмотке трансформатора).

Трансформатор TV намотан на магнитопроводе Ш36х36. Обмотки W1′ и W1″ имеют по 28 витков провода ПЭЛ d2,1 мм (каждая), а обмотка W2 — 600 витков провода ПЭЛ d0,59 мм. Вначале наматывается обмотка W2, а поверх нее — обмотки W1′ и W2″. Для достижения хорошей симметрии, эти обмотки желательно наматывать одновременно, в два провода.

На рис.2а и б приведены печатная плата и схема расположения на ней элементов. Транзисторы VT5, VT7 и VT6, VT8 устанавливаются по два на отдельных радиаторах без изолирующих прокладок.

Рис.2.a. Печатная плата

Рис.2.б. Схема расположения элементов

Для контроля работы схемы желательно включить между положительным полюсом питания и средней точкой обмотки W1 амперметр с пределом измерения 10 А (показан на схеме рис.1). Он предназначен для визуального слежения за величиной тока, протекающего через транзисторы силовой цепи. При включении максимальной нагрузки во вторичную обмотку этот ток не должен превышать 10 А. При отсутствии нагрузки он должен быть меньше 5 А. Если же при включении инвертора в отсутствие нагрузки ток превышает 10 А, это значит, что пробит (или включен неправильно) какой-либо из диодов VD3, VD4 или транзисторов силовой цепи. Наладка инвертора заключается в настройке задающего генератора и осуществляется с помощью осциллографа или частотомера. Вход осциллографа (частотомера) подключается к коллектору одного из транзисторов VT1 или VT2, и на генератор подается питание. С помощью RP частота генератора устанавливается 50 Гц. Осциллографом желательно проконтролировать и форму прямоугольных импульсов. Настроенный инвертор монтируется в подходящем корпусе, на переднюю панель которого выводятся амперметр, держатель предохранителя, выключатель задающего генератора, клеммы подключения нагрузки и аккумуляторной батареи питания, а также индикаторы включения аккумулятора (красный) и задающего генератора (зеленый). Инвертор может осуществлять питание потребителя мощностью 100 Вт не менее 2 часов при использовании аккумуляторной батареи емкостью 44 А*ч.