Wat is een spanningsomvormer, hoe het werkt, het gebruik van een omvormer

Speciale elektronische voedingen, omvormers genaamd, worden gebruikt om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom. Meestal zet een omvormer een gelijkspanning van de ene grootte om in een wisselspanning van een andere grootte.

Daarom is de omvormer een generator van periodiek veranderende spanning, terwijl de spanningsgolfvorm sinusvormig, bijna-sinusvormig of gepulseerd kan zijn... Omvormers worden gebruikt als onafhankelijke apparaten en als onderdeel van ononderbroken stroomvoorzieningssystemen (UPS).

Als onderdeel van ononderbroken stroombronnen (UPS) maken omvormers het bijvoorbeeld mogelijk om continu stroom te ontvangen voor computersystemen, en als de spanning plotseling in het netwerk verdwijnt, zal de omvormer onmiddellijk beginnen de computer te voorzien van energie die is verkregen uit de back-upbatterij. De gebruiker heeft tenminste tijd om de computer uit en uit te schakelen.

Grotere ononderbroken voedingen maken gebruik van krachtigere omvormers met batterijen met een grote capaciteit die consumenten urenlang autonoom van stroom kunnen voorzien, ongeacht het net.

De technische kant

In moderne elektriciteitsconversietechnologieën kan de omvormer alleen fungeren als een tussenliggende eenheid, waar het zijn functie is om de spanning om te zetten door middel van een hoogfrequente transformatie (tientallen en honderden kilohertz). Gelukkig kan dit probleem tegenwoordig eenvoudig worden opgelost, want voor de ontwikkeling en het ontwerp van omvormers zijn zowel halfgeleiderschakelaars beschikbaar die stromen van honderden ampères kunnen weerstaan, magnetische kernen met de nodige parameters als elektronische microcontrollers die speciaal voor omvormers zijn ontworpen (inclusief resonantie).

De vereisten voor omvormers, maar ook voor andere vermogensapparaten, zijn onder meer: ​​hoog rendement, betrouwbaarheid, zo klein mogelijke afmetingen en gewicht. Het is ook noodzakelijk dat de omvormer bestand is tegen het toegestane niveau van hogere harmonischen in de ingangsspanning en geen onaanvaardbaar luide impulsruis veroorzaakt voor gebruikers.

In systemen met "groene" elektriciteitsbronnen (zonnepanelen, windmolens) om elektriciteit rechtstreeks aan het algemene net te leveren, worden netgekoppelde omvormers gebruikt, die synchroon kunnen werken met het industriële net.

Tijdens de werking van de spanningsomvormer wordt de constante spanningsbron periodiek met variabele polariteit aangesloten op het belastingscircuit, terwijl de frequentie van de verbindingen en hun duur worden gevormd door een stuursignaal dat afkomstig is van de controller.

De controller in de omvormer vervult meestal verschillende functies: het regelen van de uitgangsspanning, het synchroniseren van de werking van halfgeleiderschakelaars, het beschermen van het circuit tegen overbelasting. Over het algemeen worden omvormers onderverdeeld in: stand-alone omvormers (stroom- en spanningsomvormers) en afhankelijke omvormers (netgestuurd, netgestuurd etc.)

Omvormer circuit

De halfgeleiderschakelaars van de omvormer worden bestuurd door de controller en hebben omgekeerde shuntdiodes. De uitgangsspanning van de omvormer wordt, afhankelijk van het huidige vermogen van de belasting, aangepast door in het eenvoudigste geval automatisch de pulsbreedte in de hoogfrequente omvormer te wijzigen PWM (pulsbreedtemodulatie).

De halve golven van de laagfrequente uitgangsspanning moeten symmetrisch zijn, zodat de belastingscircuits in geen geval een significante constante component krijgen (voor transformatoren is dit vooral gevaarlijk), hiervoor is de pulsbreedte van het LF-blok (in de eenvoudigste geval) wordt constant gemaakt.

Bij de besturing van de uitgangsschakelaars van de omvormer wordt een algoritme gebruikt dat zorgt voor een sequentiële verandering in de structuren van het stroomcircuit: direct, kortsluiting, omgekeerd.

Op de een of andere manier heeft de waarde van het momentane belastingsvermogen aan de uitgang van de omvormer het karakter van golven met dubbele frequentie, daarom moet de primaire bron een dergelijke werkingsmodus mogelijk maken wanneer er rimpelstromen doorheen vloeien, en bestand zijn tegen een overeenkomstig interferentieniveau (bij de ingang van de omvormer).

Als de eerste omvormers uitsluitend mechanisch waren, zijn er tegenwoordig veel opties voor halfgeleideromvormercircuits en zijn er slechts drie typische schema's: een brug zonder transformator, een push met de nulklem van de transformator, een brug met een transformator.

Het transformatorloze brugcircuit is te vinden in ononderbroken voedingen van 500 VA en omvormers voor auto's. Het glijdende circuit met de neutrale aansluiting van de transformator wordt gebruikt in low-power UPS (voor computers) met een capaciteit tot 500 VA, waarbij de spanning van de back-upbatterij 12 of 24 volt is. Het brugcircuit met een transformator wordt gebruikt in krachtige bronnen van ononderbroken stroomvoorziening (voor eenheden en tientallen kVA).

Uitgangsspanning golfvorm

In rechthoekige spanningsomvormers wordt een groep omgekeerde diodeschakelaars aan de uitgang geschakeld om een ​​wisselspanning over de belasting te produceren en een gecontroleerde circulatiemodus in het circuit te bieden reactieve energie.

Voor de evenredigheid van de uitgangsspanning zijn verantwoordelijk: de relatieve duur van de stuurpulsen of de faseverschuiving tussen de stuursignalen van de toetsgroepen. In de ongecontroleerde blindvermogencirculatiemodus beïnvloedt de gebruiker de vorm en grootte van de uitgangsspanning van de omvormer.

In spanningsomvormers met een trapvormige uitgang vormt de hoogfrequente pre-converter een unipolaire stap-spanningscurve, ongeveer in de vorm van een sinusgolf waarvan de periode de helft is van de periode van de uitgangsspanning. Het LF-brugcircuit zet vervolgens de unipolaire stapcurve om in twee helften van een bipolaire curve die ongeveer lijkt op een sinusgolf.

In spanningsomvormers met een sinusvormige (of bijna sinusvormige) vorm van de uitgang, genereert de hoogfrequente pre-converter een constante spanning die qua amplitude dicht bij de toekomstige sinusvormige uitgang ligt.

Het brugcircuit vormt dan een laagfrequente variabele van een constante spanning, door middel van meerdere PWM's, wanneer elk paar transistoren in elke halve cyclus van het vormen van de uitgangssinusgolf verschillende keren wordt geopend gedurende een tijd die varieert volgens de harmonische wet . Een laagdoorlaatfilter haalt vervolgens een sinus uit de resulterende golfvorm.

HF pre-conversieschakelingen in omvormers

De eenvoudigste hoogfrequente preconversiecircuits in omvormers zijn zelfgenererend. Ze zijn vrij eenvoudig in termen van technische implementatie en zijn behoorlijk efficiënt bij lage vermogens (tot 10-20 W) om belastingen te leveren die niet kritisch zijn voor het stroomvoorzieningsproces. De frequentie van de oscillatoren is niet meer dan 10 kHz.

Positieve feedback in dergelijke apparaten wordt verkregen door het magnetische circuit van de transformator te verzadigen. Maar voor krachtige omvormers zijn dergelijke schema's niet acceptabel, omdat de verliezen in de schakelaars toenemen en de efficiëntie uiteindelijk laag is.Ook onderbreekt elke kortsluiting aan de uitgang de zelfoscillaties.

De betere circuits van de voorlopige hoogfrequente omvormers zijn flyback (tot 150 W), push-pull (tot 500 W), halve brug en brug (meer dan 500 W) van PWM-controllers, waarbij de conversiefrequentie honderden bereikt van kilohertz.

Soorten omvormers, werkingsmodi

Eenfasige spanningsomvormers worden in twee groepen verdeeld: met een zuivere sinusgolf aan de uitgang en met een gemodificeerde sinusgolf.De meeste moderne apparaten laten een vereenvoudigde vorm van het netwerksignaal toe (gemodificeerde sinusgolf).

Een zuivere sinus is belangrijk voor apparaten die een elektromotor of transformator aan de ingang hebben, of als het een speciaal apparaat is dat alleen werkt met een zuivere sinus aan de ingang.

Driefasige omvormers worden over het algemeen gebruikt om driefasige stroom voor elektromotoren op te wekken, bijvoorbeeld voor de stroomvoorziening driefasige asynchrone motor… In dit geval zijn de motorwikkelingen direct aangesloten op de uitgang van de omvormer. Qua vermogen wordt de omvormer geselecteerd op basis van zijn piekwaarde voor de gebruiker.

Over het algemeen zijn er drie werkingsmodi van de omvormer: start, continu en overbelasting. In de opstartmodus (capaciteit opladen, koelkast starten) kan het vermogen het vermogen van de omvormer in een fractie van een seconde verdubbelen, dit is acceptabel voor de meeste modellen. Continue modus - komt overeen met de nominale waarde van de omvormer. Overbelastingsmodus - wanneer het vermogen van de gebruiker 1,3 keer het nominale vermogen is - in deze modus kan de gemiddelde omvormer ongeveer een half uur werken.