Что такое инвертор — назначение, применение в электрике

Сегодня встречается довольно много информации, в которой присутствует слово инвертор. Его используют как способ привлечения внимания покупателей к новинкам той или иной электротехнической продукции. Сегодня можно встретить инверторные кондиционеры, стиральные машины, сварочные аппараты и другие бытовые электроприборы.

Что означает это слово, а также некоторые сведения об устройствах, которые ему соответствуют, будут раскрыты далее более детально.

Находим в словаре значение слова

При желании разобраться с этим словом, можно удостовериться в его многозначимости. Существуют как минимум три инвертора, относящихся к различным областям техники:

• в электротехнике, видимо по причине краткости, его применяют вместо словосочетания «преобразователь напряжения». Хотя и обычный трансформатор, по сути, инвертирует выходное напряжение в зависимости от положения выводов в схеме.
• В аналоговой электронике, например, в операционных усилителях, присутствует инвертирующий вход. Поэтому, если на него подается сигнал, усилитель называют инвертором (см. ниже).

Инвертирующий операционный усилитель

• В цифровой электронике, базирующейся на целой группе логических элементов, один из них именуется инвертором потому, что выполняет логическое отрицание. На принципиальных электрических схемах его отображение аналогично показанному далее:

Изображение цифрового логического инвертирующего элемента НЕ на электрических схемах

Однако ощутимый экономический эффект, а, следовательно, и возможности изготовления хорошо продаваемых изделий, обеспечивают именно электротехнические инверторы. Они позволяют уменьшить как потери электрической энергии, так и вес изделия совместно с его габаритами, поэтому наиболее интересны для широкого круга пользователей. Следовательно, далее расскажем именно о них.   

Основные зависимости

Итак, мы имеем трансформаторы повсюду, где необходимо создать гальванически развязанные от сети (то есть полностью изолированные по постоянному току) источники ЭДС. Но даже маломощный трансформатор получается большим и тяжелым. Чтобы сохранить мощность, но при этом уменьшить его размеры и вес, нужно в первую очередь понимать, что же в трансформаторе происходит. Разберемся в деталях.

В трансформаторе у первичной и вторичной обмоток существует общий магнитный поток. Но связь между обмотками может быть лишь в пределах двух состояний сердечника:

• от некоторого минимального (остаточного) значения магнитного потока
• и до насыщения сердечника.

Один и тот же сердечник может достигать состояния насыщения с разной скоростью. Она зависит от величины напряжения, приложенного к первичной (намагничивающей) обмотке, и числа витков в ней. Поэтому за половину периода переменного напряжения сердечник не должен намагничиваться до состояния насыщения. При этих условиях данный сердечник способен обеспечить во вторичной обмотке определенную максимальную мощность. Она будет определена его размерами.

Если для этого же сердечника (а соответственно и трансформатора) частоту намагничивающего напряжения увеличить в два раза, скорость нарастания магнитного потока (относительно длительности периода переменного напряжения) уменьшится примерно в два раза. Следовательно, можно получить мощность во вторичной обмотке тоже примерно в два раза большую. Либо уменьшить примерно в два раза габариты трансформатора с изменением количества витков обмоток, сохранив мощность его на существующем уровне.

Но увеличение частоты приведет к усилению вихревых токов в сердечнике. Эта проблема решается применением специальных сплавов. Их соответствие частоте намагничивающего напряжения показано далее. Поскольку в таблице указаны лишь величины максимальной частоты, укажем нижние значения частотного диапазона:

• для пермаллоев это сотни герц, в зависимости от марки и толщины ленты;
• для ферритов это единицы килогерц, также в зависимости от марки.

Характеристики материалов, применяемых для изготовления инверторных трансформаторов Магнитопроводы из пермаллоев Магнитопроводы из ферритов

Теперь, когда стало понятно, что увеличивая частоту намагничивающего напряжения, можно уменьшить вес и габариты трансформатора, нужно решить следующую задачу – как получить это напряжение. Единственное решение – это либо автогенератор, основанный на выходном трансформаторе, либо усилитель, работающий от специального отдельного генератора. А раз так, значит, нужны усиливающие элементы с входным и выходным сигналом.

Чтобы в этих элементах получились минимальные потери, они должны работать как ключи. Электронные лампы, как и появившиеся первые мощные полупроводниковые ключи – тиристоры, требовали включения конденсаторов последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора. Это ограничивало область применения таких инверторов исключительно промышленными потребностями.

Современные инверторные схемы

Но когда появились высоковольтные транзисторы и запираемые тиристоры, стало возможно создавать огромное число самых разнообразных инверторов. Например, сегодня подавляющее большинство бытовых электронных приборов и осветительных ламп использует те или иные варианты инверторных источников питания. Исключение – те устройства, в которых недопустимы электромагнитные помехи. Они в широком спектре частот создаются электрическими импульсами при включении и выключении полупроводниковых ключей.

Для инверторных схем применяется определенная классификация. Их разделяют на однотактные и двухтактные. Разницу поясняет изображение далее. Под тактом здесь подразумевается присоединение ключом (транзистором или иным прибором аналогичного назначения) первичной обмотки выходного трансформатора к намагничивающему напряжению. В однотактном варианте намагничивающий магнитный поток однонаправленный. В двухтактном намагничивающие потоки противоположны.

На схемах вход служит для подачи постоянного напряжения питания инвертора

Однотактная схема

Инверторная схема может быть построена как на основе самовозбуждения (обе схемы на изображении выше), так и управляемой от отдельного источника сигналов (см. ниже).

Однотактный инвертор с управляемым ключом

Поскольку в трансформаторе однотактного варианта не происходит перемагничивания сердечника, его возможности по электрической мощности, снимаемой со вторичной обмотки, получаются недоиспользованными. То есть один и тот же трансформатор в однотактной схеме по мощности уступает в два раза по сравнению с двухтактной схемой. Но зато однотактные схемы – самые надежные, если выпрямитель во вторичной обмотке работает противофазно относительно основного ключа.

На изображении «Однотактный инвертор с управляемым ключом» около Т1 видны две точки. Таким способом в трансформаторе обозначаются концы обмоток с одинаковым потенциалом. В данном варианте ток через диод VD1 течет при открытом ключе VT1. Если при этом произойдет короткое замыкание на выходе выпрямителя (то есть Rн=0), ток в обмотках трансформатора многократно возрастет.

Поскольку запас прочности транзистора незначителен, вероятность его пробоя в такой ситуации 99,99%. Можно избежать порчи полупроводниковых ключей, поменяв местами концы одной из обмоток. В этом варианте в нагрузку будет отдаваться электрическая энергия, получаемая от уменьшения магнитного потока в трансформаторе. Этот процесс начинается с момента выключения транзистора VT1.

А сила тока увеличивается не скачком, как в предыдущем варианте (так называемый прямоходовой вариант, на изображении ниже справа), а нарастает почти линейно (обратноходовой вариант как на изображении ниже слева).

Схема

Мощность в нагрузке получается меньше, чем в случае прямоходовом, но зато короткие замыкания для VT в этой схеме нестрашны. На практике однотактные инверторы применяются в источниках вторичного электропитания мощностью до 200 Вт. При использовании выходного трансформатора для создания автогенерации необходимо избегать насыщения сердечника. Особенно, если он ферритовый. Суть в том, что у ферритов петля гистерезиса близка к прямоугольной (изображение ниже справа).

Поведение намагниченности

Поэтому вблизи насыщения ток намагничивания нарастает настолько быстро, что транзистор не успевает его прервать и сгорает. Чтобы избежать этого, необходимо либо ввести зазор в магнитопровод, либо использовать определенную частоту намагничивающего напряжения. Поскольку зазор заметно уменьшает мощность трансформатора, вместо него последовательно с первичной обмоткой включают дроссель. А частоту генерации задает либо RC-цепь, либо отдельный насыщаемый дроссель в цепи базы транзистора.

Но насыщение магнитопровода – не единственная опасность, угрожающая «жизни» главного ключа в инверторе однотактной схемы. Чем быстрее происходит выключение намагничивающего тока, тем больше напряжение на выключенном транзисторе. Он может быть поврежден этим высоковольтным импульсом.

Осциллограмма напряжения на главном ключе однотактного инвертора

И чтобы избавить главный ключ от перенапряжений, применяется схема на двух транзисторах, показанная далее.

Двухтранзисторный преобразователь

В этой схеме напряжение делится между ними. А также после включения диодов VD1 и VD2 максимальное напряжение на концах обмотки W1 получается лишь немного больше E. Но используя два транзистора, можно построить двухтактный инвертор, который при одних и тех же параметрах напряжения и трансформатора позволит получить мощность в два раза большую, нежели однотактный вариант.

Двухтактные схемы

Известны три основные двухактные схемы. На основе этих инверторов придумано большое число других схем, в которых уменьшены или устранены их недостатки. Схема а) состоит из двух однотактных инверторов, работающих в противофазе. Следовательно, в ней транзисторы также находятся под повышенным напряжением (см. выше).

Три основные двухтактные инверторные схемы (а, б и в)

Полумостовая и мостовая схемы лишены перенапряжений на транзисторах. Но в них есть иная проблема. В этих схемах с автогенерацией колебаний высока вероятность появления сквозного тока. Это явление связано с тем, что выключение транзистора длится дольше, нежели включение. Следовательно, они получаются частично открытыми и проводят некоторый ток, выделяя дополнительное тепло. То есть создают потери, которые могут быть губительными для них. По этой причине для главных ключей предпочтительнее управление от отдельного генератора.

Этот способ дороже, но оправдывает себя надежностью. В управляющем сигнале для каждого ключа создаются несимметричные управляющие импульсы. В результате получается задержка включения (ступенька), которая позволяет избежать сквозного тока. 

Получение ступеньки напряжения в двухтактной инверторной схеме

Хотя в мостовой схеме в два раза больше транзисторов, она обеспечивает мощность в два раза большую в сравнении со схемой полумоста. То есть это получается на одном и том же сердечнике трансформатора. Напряжение питания и допустимые для транзисторов значения силы тока остаются такими же, как и в полумосте. Но амплитуда намагничивающего напряжения получается в два раза больше. Именно полумостовые и мостовые инверторные схемы применены в большинстве современных компьютеров, сварочных аппаратов и т.д. и т.п.

О перспективах развития инверторных систем

Они в некоторых старых моделях работают уже не один десяток лет, являясь эффективной заменой обычного трансформатора. Постепенно, по мере появления все более мощных полупроводниковых приборов, инверторы массово придут в электрические сети. Это будет настоящей революцией в электроснабжении. Вместо трех проводов и переменного тока можно будет использовать постоянный ток с одним-единственным проводом. Экономический эффект получится колоссальным. Ждать осталось не более 10–15 лет, а то и менее…

Похожие статьи:

инвертор — Викисловарь

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж	ед. ч.	мн. ч.
Им.	инве́ртор	инве́рторы
Р.	инве́ртора	инве́рторов
Д.	инве́ртору	инве́рторам
В.	инве́ртор	инве́рторы
Тв.	инве́ртором	инве́рторами
Пр.	инве́рторе	инве́рторах

ин-ве́р-тор

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 1a по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -инверт-; суффикс: -ор ^{[Тихонов, 1996]}.

Произношение[править]

Семантические свойства[править]

Автомобильный инвертор [1] Схема аналогового инвертора [2] Формирование сигнала инвертора [3] синусоидальной формы

Значение[править]

1. устройство для преобразования постоянного электрического тока в переменный ◆ В состав такой системы входят солнечные модули, контроллер зарядки-разрядки, аккумуляторная батарея и инвертор. В. Хорт, «Со своей розеткой», 2008 г. // «Наука и жизнь» (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)
2. устройство для преобразования сигнала одного значения в сигнал другого, противоположного значения (в электронике) ◆ Это свидетельствует об обратной полярности входного напряжения инвертора по сравнению с режимом тяги и о встречном направлении э.д.с. трансформатора и напряжения генератора. Работа БУВИП-030 в режиме рекуперации, «2001» // «Локомотив» (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)
3. устройство для преобразования сигнала одной формы в сигнал другой формы (в электронике, сварке) ◆ Благодаря этому, по управляемости сварочным процессом ГДУ-4001 уступает лишь инверторам и находится на уровне источников типа ВДУ. А. Г. Сивоплясов, «ЗАО «Уралтермосвар»: новые возможности в технологии сварки», 2004 г. // «Газовая промышленность» (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы) ◆ В качестве источника импульсного напряжения обычно используются L ― С- или R ― С-инверторы с коммутацией импульсов быстродействующими тиристорными ключами. Новая технология переработки метанолсодержащих вод техногенного происхождения, «2004» // «Газовая промышленность» (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)

Синонимы[править]

1. инвертер, преобразователь
2. инвертер, преобразователь
3. инвертер, преобразователь

Антонимы[править]

Гиперонимы[править]

1. преобразователь
2. преобразователь
3. преобразователь

Гипонимы[править]

Родственные слова[править]

Этимология[править]

Происходит от ??

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

Список переводов

Анаграммы[править]

Библиография[править]

Для улучшения этой статьи желательно: Добавить все семантические связи (отсутствие можно указать прочерком, а неизвестность — символом вопроса) Добавить сведения об этимологии в секцию «Этимология» Добавить хотя бы один перевод в секцию «Перевод»

Что такое «сварочный инвертор» и как он работает?

Сварщики-профессионалы, да и просто те, кому нравиться дома при помощи сварки делать что-либо, относительно недавно получили возможность значительно облегчить себе работу.
В продаже появились сварочные инверторы, которые позволяют совершить качественный скачок в электросварке. Достаточно вспомнить просто неподъемные сварочные трансформаторы и выпрямители, выпускавшиеся ранее. При прочих равных вес сварочного инвертора на порядок меньше, чем у любого другого сварочного аппарата, а это заметно повышает производительность сварки. Сварочные инверторы — это самые современные сварочные аппараты, которые в настоящее время почти полностью вытесняют на второй план классические сварочные трансформаторы, выпрямители и генераторы.

Принцип действия сварочного инвертора
Переменный ток от потребительской сети, частотой 50 Гц, поступает на выпрямитель. Выпрямленный ток сглаживается фильтром, затем полученный постоянный ток преобразуется инвертором с помощью специальных транзисторов с очень большой частотой коммутаций в переменный, но уже высокой частоты 20-50 кГц. Затем переменное напряжение высокой частоты понижается до 70-90 В, а сила тока соответственно повышается до необходимых для сварки 100-200 А. Высокая частота является основным техническим решением, которое позволяет добиться колоссальных преимуществ сварочного инвертора, если сравнивать с другими источниками питания сварочной дуги.

Устройство сварочного инвертора
 

В инверторном сварочном аппарате сила сварочного тока нужной величины достигается путем преобразования высокочастотных токов, а не путем преобразования ЭДС в катушке индукции как это происходит в трансформаторных аппаратах. Предварительные преобразования электрических токов позволяют использовать трансформатор с очень малыми габаритами. К примеру, чтобы получить в инверторе сварочный ток 160А достаточно трансформатора вес, которого 250 г, а на обычных сварочных аппаратах необходим медный трансформатор с весом 18 кг.

Преимущества и недостатки сварочных инверторов
Главным достоинством инвертора является минимальный вес. Кроме того возможность применять для сварки электроды как переменного, так и постоянного тока. Что важно при сварке цветных металлов и чугуна. Инверторный сварочный аппарат имеет широкий диапазон регулировки сварочного тока. Это дает возможность для применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом.
Помимо этого в каждом инверторе есть функции: «Hot start» (горячий старт) для поджига электрода подаются максимальная величина тока, «Anti-Sticking» при коротком замыкании сварочный ток снижается до минимума, что не позволяет электроду залипать при соприкосновении с деталью, «Arc Force» — для предотвращения залипания в момент отрыва капли металла ток возрастает до оптимального значения.

Из недостатков сварочных инверторов можно назвать высокую стоимость (в 2 – 3 раза больше, чем у трансформаторов). Как и любая электроника, инверторы боятся пыли, поэтому производители рекомендуют хотя бы раза два в год вскрывать аппарат и удалять пыль. Если он работает на стройке или производстве, то чаще, по мере загрязнения. И как любая электроника сварочные инверторы не любят мороза. Так при температуре ниже -15оС эксплуатация инвертора возможна не во всех случаях, в зависимости от того, какие детали использовал производитель. Поэтому в таких условиях, нужно смотреть на технические характеристики, заявленные заводом-изготовителем. И еще одно, длина каждого из сварочных кабелей при подключении сварочного аппарата не должна превышать 2,5 метра, но к этому нужно просто привыкнуть.
 

Передняя панель сварочного инвертора

Сварочные инверторы — качество и удобство сварочных работ
Дуговая сварка – ответственная работа. Для её проведения сварщик должен обладать достаточным практическим опытом и знанием теории. Сварочные инверторы упростили процесс и решили многие возникавшие вопросы.
Первая решённая проблема – это поджигание дуги. У прежних сварочных трансформаторов выходное напряжение пропорционально зависит от входного. Низкое напряжение, распространённое в наших сетях, не даёт возможности поджечь дугу, электрод начинает «залипать». При добавлении тока трансформатора, наоборот, металл «пережигается». Устройство сварочных инверторов таково, что напряжение на выходе не зависит от напряжения на входе, а установленный сварочный ток держится неизменным независимо от сетевого напряжения. Инверторы предотвращают «залипание» электродов и легко создают устойчивую дугу.

При работе с обычными аппаратами возможно «пережечь» или «недожечь» металл. Это обусловлено тем, что они плохо держат требуемую величину тока сварки. Ведь она меняется и зависит от напряжения сети. Когда металл «пережжён», сварочный шов ослабляется, в нём образуются отверстия и раковины. При «недожоге» также происходит ослабление шва. У сварочного инвертора ток устанавливается потенциометром согласно шкале сварочного тока и остаётся неизменным. Начинающему сварщику трудно научиться удерживать дугу.

После образования дуги электроду даётся наклон примерно в 15 градусов и его нужно перемещать относительно стыка деталей. Наклон может быть как в сторону движения электрода, так и в противоположную. Наряду с продольным движением его необходимо перемещать перпендикулярно шву. С этим связана длина дуги.
Основные виды электродов предусмотрены для работы короткой дугой. Поэтому нужно постоянно двигать электрод в перпендикулярном направлении таким образом, чтобы от электрода до свариваемых деталей был промежуток примерно в два его диаметра.

Сварочные инверторы способны строго поддерживать выбранный ток и к тому же он постоянный. Эти факторы позволяют не особо критично относиться к длине дуги, что облегчает работу сварщика, особенно начинающего, причём качество шва в данном случае с длиной дуги уже не связано.

Когда нет возможности расположить детали горизонтально, нужно помнить, что расплавленный металл подвергается земному притяжению так же, как и капля воды. При работе с потолочными и вертикальными швами нужно своевременно остановиться и выждать, когда расплавленная капля внутри шва слегка остынет, и сразу же «поджигать» рядом следующую дугу, двигаясь выше и выше вдоль шва. Такую сварку называют «прихватками». Применяя сварочный инвертор, овладеть «прихватками» не составляет труда даже новичку.

Опыт показывает, сварочный инверторы облегчают «поджиг», контролируют дугу, устраняют «залипание», не требуют специальных навыков для обращения с собой. Всё это делает инверторы выгодными для применения и в сфере профессионального строительства, и домашнего ремонта.
 

Сварочный аппарат инверторного типа

Как выбрать сварочный инвертор
В зависимости от того, где будет работать сварочный аппарат нужно покупать бытовой, или профессиональный инвертор. Разница между ними в продолжительности времени работы. Профессиональный сварочный инвертор рассчитан на 8-ми часовой рабочий день, бытовой же потребует после 20 – 30 минут работы, перерыва минут 30 – 60, поэтому бытовые дешевле. Есть еще промышленные инверторные сварочные аппараты, которые предназначены для работы продолжительное время в тяжелых условиях.

Для дома достаточно сварочного инвертора с максимальным сварочным током 160 А. Но это при напряжении в сети хотя бы 210 В. При низком сетевом напряжении лучше купить инвертор на 200 А.
Практически все мировые лидеры в области сварочного производства ориентированы преимущественно на разработку и производства инверторных сварочных источников питания. Из наиболее известных производителей можно отметить итальянские «Ресанта”, «Fubag”, «Энергия» и т.д.

что такое инвертор

Ответ:

 Дословный перевод — Инвертор (лат. inverto — поворачивать, переворачивать, преобразовывать, изменять).

Встретить это слово можно в таких системах и словосочетаниях:

1. Инверторный преобразователь напряжения.
2. Инверторный сварочный аппарат. 
3. Инверторный кондиционер.
4. Инверторный генератор. 
5. Инверторный стабилизатор напряжения.

Все эти системы построены по схеме инверсии (преобразования). 

В первую очередь напряжение преобразуются в постоянное и регулируется, а далее поступает на питание либо преобразуется в переменное напряжение с заданной частотой и напряжением в зависимости от целей прибора.

Инверторный кондиционер

Главное отличие в принципе работы компрессора, сердца кондиционера. 

DCPAM инвертор преобразует переменное сетевое напряжение в постоянное, и через преобразователь частоты, за счет которой изменяются обороты двигателя. И с разной скоростью вращает электродвигатель компрессора.

 Питание схемы частотного преобразователя постоянным напряжением, позволяет плавно регулировать обороты электромотора, в зависимости от условий работы кондиционера, то есть изменяя его производительность. Что позволяет существенно снизить потребление электроэнергии, и равномерно производить охлаждение либо нагрев, в зависимости от режима работы.

А у некоторых производителей, например MITSUBISHI HEAVI, благодаря дополнительному применению спирального компрессора на неодимовых магнитах удаётся достигнуть уменьшения электропотребления до рекордно низких значений.    

Инверторные электростанции.

Принцип работы инверторной электростанции основан на преобразовании переменного тока в постоянный, после чего максимально стабилизируются колебания электрических волн, а затем постоянный ток через инверторную схему опять преобразуется в переменный, с заданной частотой и напряжением.

Электронная регулировка в комплексе со схемой преобразования является основой преобразователя инверторной электростанции, за счет которой на выходе получается переменный ток высокого качества с промышленной частотой. Такие технологии наиболее распространены на мобильных электростанциях с бензиновыми двигателями. 

Главные преимущества инверторной электростанции.

• Экономия топлива на 20-40% по сравнению с традиционными моделями за счёт электронной системы преобразования и регулировки оборотов двигателя в зависимости от нагрузки. 

• Легкий пуск двигателя без дополнительных настроек в течение всего периода эксплуатации.

• Возможность управлять работой электростанции при малой нагрузке за счет наличия функции перехода двигателя в экономичный режим.

• Низкий уровень шума позволяет использовать в местах с высокими требованиями по шумовому загрязнению.

• Защита экологии за счёт более низкого содержания вредных веществ в выхлопе, благодаря высокоэффективной системе сгорания топлива и работы двигателя на пониженных оборотах. Что невозможно на электростанциях с классическим режимом выработки электроэнергии, где частота переменного тока (Гц) жестко привязана к оборотам силовой установки (двигателя)

Инверторный ИБП

Абсолютное большинство электроприборов в России, которые современный человек использует каждый день, рассчитаны на напряжение 220В-230В.

Химические источники напряжения, аккумуляторы, способные хранить заряд электричества в течении длительного времени, обеспечивают постоянное напряжение, слишком низкое для питания бытовой техники: 2 вольта, 6 вольт, 12В и т.д. Инверторы преобразуют постоянное напряжение от аккумуляторов в переменное 220В или 230В в зависимости от конструкции и настроек. На этом основана работа всех ИБП!

Видео что такое иверторный бесперебойник и как он работает

Время автономной работы бесперебойника, будет пропорционально количеству и емкости подключенных ко входу инвертора аккумуляторов. Но есть и другие факторы влияющие на время работы- Подробнее прочитать можно здесь.

 Аккумуляторы могут хранить запас электрической энергии в течении длительного времени что позволяет держать в запасе большой объем накопленной электроэнергии для аварийных ситуаций, накопленный в АКБ.

 

При пропадании электричества на вводе в распределительный щит автоматика инвертора мгновенно перебросит питание подключенных к выходу инвертора электроприборов на аккумулятор (через электронную схему, преобразующую постоянное напряжение 12 Вольт, в переменное 220 В с заданной частотой (Гц)).

 В онлайн системах переключение отсутствует-Подробнее можно прочитать здесь.

Главные преимущества электрических инверторов:

• Это экологическая безопасность (отсутствие вредных загрязнений окружающей среды)
• Низкий шум при работе, имеют низкий уровень шума вентилятора охлаждения в разы по сравнению с электростанциями…
• Не требуют, заправки топливом и постоянного технического обслуживания.
• Имеют высокий КПД, и низкую стоимость эксплуатации, привязанную к стоимости электроэнергии. 
• Непрерывное питание, отсутствует пауза (как в электростанциях), при переключении на батареи.
• Возможность увеличивать время автономии путем наращивания количества батарей.

Основные области применения инверторов: 

1) ИБП для котлов (ИБП для газовых котлов)

2) ИБП для насосов (ИБП на длительное время резерва)

3) Источник бесперебойного питания для систем сигнализации и видеонаблюдения (ИБП для систем сигнализации и видеонаблюдения)

Пример применения в частном доме:

Рассмотрим модель ECOVOLT PRO 1012. 

Мощность нагрузки 1000 Вт при значении параметра cos =0.8 позволяет подключить электрооборудование суммарной мощностью 1 кВт.

 Приблизительный расчет мощности нагрузки может быть такой: 

• Газовый котел с обвязкой – 300 Вт.
• Циркуляционный насос 70 Вт, 
• Аварийное освещение – 300 Вт,
• Телевизор – 200 Вт 

(значения мощности электроприборов могут отличаться от приведенных здесь, точные значения можно получить из паспорта оборудования).

 

 

Зачем нужны инверторные бытовые приборы? | Сварочные аппараты | Блог

Инвертор – функциональный блок, который умеет регулировать уровень выходного напряжения, тем самым плавно управляя частотой вращения электродвигателей в стиральных машинах, в компрессорах холодильников или кондиционеров и так далее. Устройства, которые используют указанные преобразования энергии экономны, тихо работают, компактны. По этой причине производители бытовой техники, промышленного оборудования, профессиональных инструментов все чаще выпускают изделия, в которых используются инверторные технологии.

Техника

В начале 2 000-х годов наладили массовый выпуск микросхем, обеспечивающих преобразование напряжения с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Частота напряжения в вашей розетке 50 Гц. Модуль с ШИМ изменяет этот параметр в частоту выше 20 000 Гц. За счет этого в 10 и более раз уменьшились габариты и вес трансформаторов, они стали дешевле. Потребитель получил миниатюрные, легкие зарядные устройства, блоки бесперебойного питания для компьютеров и другой техники. Это были первые изделия для бытовой техники, в которых инженеры использовали инверторные технологии – микросхемы с ШИМ.

В современном оборудовании инверторные блоки применяют все чаще, например:

• Сварочные аппараты. Десять лет тому назад сварочный аппарат весил от 25 до 150 кг. Современный инвертор весит 3-5 кг. Его можно переносить вручную, с ним удобно монтировать металлические конструкции на любой высоте.

Блоки пуска электродвигателей. В момент пуска электромашина потребляет в три раза больший ток. Инвертор обеспечивает плавный пуск с постепенным увеличением оборотов двигателя. Это экономит электроэнергию, уменьшает затраты на силовой кабель, исключает вредные импульсы по сети.

Насосы. Водонапорные башни уходят в прошлое. Инверторный блок скважины позволяет плавно регулировать давление и напор воды в зависимости от расхода. Инженерные сети упрощаются, что приводит к экономии средств на оснащение и обслуживание скважины. Современные бытовые и промышленные насосы с инверторами малошумные, не нагружают сеть, имеют больший ресурс работы.

Микроволновые печи. Обычная микроволновка работает с мощностью излучателя 100%. Температура внутри продуктов регулируется длительностью включения силовой части устройства и паузы. В отличие от обычных инверторные СВЧ-печи излучают непрерывно, но с разной интенсивностью. Потребитель может сам выбирать силу излучения, или готовить продукты по специальному алгоритму. Переменная мощность излучения обеспечивает лучший вкус любимых блюд. Поверхность мяса, рыбы не пересушивается, кусочки получаются более сочными. Продукты равномерней нагреваются, быстрее готовятся.

• Кондиционеры, холодильники.Компрессор в системах охлаждения воздуха старых конструкций либо включен, либо выключен. Частый старт устройства увеличивает потребление энергии за счет пусковых токов, дополнительно нагревает корпус. А плавная, безостановочная работа инверторного компрессора приводит к экономии электроэнергии, уменьшает нагрузку на сети, производит мало шума.

Хозяин, поставивший у себя дома микроволновку, кондиционер, холодильник и другие бытовые приборы с инверторными технологиями экономит от 15 до 45% электроэнергии. Кроме этого, уменьшаются затраты на блоки бесперебойного питания сети, стабилизацию напряжения, увеличивается срок работы бытовых приборов, котельного и насосного оборудования.

Особенности инверторов

Компрессор – основная деталь кондиционеров, холодильников, систем подачи воздуха в пневмоинструменты. Привычные нам компрессоры работают с паузами. Устройство либо сжимает фреон, либо система обесточена. Каждый пуск сопровождается повышенным расходом энергии.

Компрессор с инверторным блоком работает непрерывно. При этом:

• Холодильник меньше шумит.
• Увеличивается срок работы компрессора. Непрерывный режим исключает дополнительные нагрузки на подшипники, вкладыши, сальники.
• Уменьшается расход электроэнергии.

В холодильниках и кондиционерах работают не только компрессор, но и вентиляторы. Использование инверторных технологий относится и к этим элементам техники. Таким образом, эффект экономии достигается за счет непрерывной работы всех движущихся частей.

Инверторные стиральные машины

Чистое белье – стандарт в быту. Инверторная техника для стирки белья обеспечивает привычные нам удобства, потребляя меньше ресурсов.

В стиральной машине с инвертором используется трехфазный двигатель, который обеспечивает:

• Уменьшенный расход энергии за счет отсутствия пусковых токов. Экономится более 15% электроэнергии.
• Тихую работу.
• Меньшие эксплуатационные расходы. Во многих инверторных моделях двигатель установлен напрямую на вал барабана (прямой привод). В таком случае ремня нет и менять его, в случае надрыва, не придется.

Стиральные машины с инверторным двигателем намного компактнее привычных нам устройств.

Если учесть совместимость современного оборудования с другими приборами и жителями в доме, то проблем не возникает. Напротив, прогрессивные решения с инверторными технологиями приводят к экономии затрат на электроэнергию, улучшают климатические характеристики в доме, свойства приготовленных блюд. Бытовая техника с ШИМ-регулированием надежна, имеет продолжительный срок службы, не требует дополнительных затрат при подключении.

Что такое инвертор?

Что такое инвертор?

Слово «инвертор» происходит путем усечения от слова «инвертировать», что значит «поворачивать», «переворачивать», «преобразовывать». Инвертор чаще всего выступает в качестве технического прибора, но у этого термина есть и другие значения.

Рассмотрим подробнее, что такое инвертор.

Что такое инвертор в информатике?

Инвертор в программировании — это логический элемент в вычислительной технике, который необходим для выполнения логического отрицания.

Что такое инвертор в электротехнике?

Инвертор — прибор, который используется для преобразования постоянного тока в переменный с изменением напряжения и/или частоты. Выглядит как генератор периодического напряжения, по форме похожего на синусоиду. Эти инверторы могут использоваться в качестве отдельных устройств или быть в составе систем и источников бесперебойного питания.

Что такое инвертор в электронике?

Инвертор — элемент вычислительной машины, где осуществляются определенные перемены сигналов. Есть два вида инверторов: цифровые и аналоговые.

Аналоговый инвертор — это функциональный блок, где выходная y(t) и входная x(t) величины находятся в зависимости: y(t) = — x(t). Этот инвертор используется в АВМ структурного вида, когда для структурной схемы нужно поменять знак величины на противоположный.

Цифровой инвертор — логический элемент, который выполняет операцию инверсии — логического отрицания. Обычно инверторы изготавливают из активных элементов с формированием и усилением сигнала на выходе. Этот инвертор используется как составная часть устройства, которое выполняет определенную логическую функцию.

Что такое сварочный инвертор?

Сварочный инвертор — это сварочный аппарат нового поколения, в котором преобразование напряжения происходит несколько раз.

Подающееся стандартное напряжение преобразовывается в постоянное, а затем вновь в переменное, но уже с частотой порядка 200 кГц. Полученное напряжение подается на трансформатор, который по сравнению с трансформатором для обычного напряжения частотой 60 Гц меньше в несколько раз как по весу, так и по объему.

После трансформатора напряжение вновь преобразовывается в постоянное и подается на сварочную дугу. В сварочном инверторе реализовано электронное управление по току, благодаря чему шов получается чистым и ровным. Также этот аппарат отличает очень низкое потребление.

Также читайте:

Инверторы напряжения — это… Что такое Инверторы напряжения?

Инверторы напряжения — инвертором напряжения (по зарубежной терминологии DC/AC converter) называют устройство, преобразующие электрическую энергию источника напряжения постоянного тока в электрическую энергию переменного тока.

• Инверторы напряжения (ИН) могут применяться в виде отдельного законченного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока.^[1][2] Потребность в таких устройствах связана с широким внедрением в различных отраслях промышленности и бизнесе компьютерных технологий.^[3][4][5] При этом недостаточная надежность сетей переменного тока является основным источником нарушения технологического цикла производственных процессов и связана с большими экономическими рисками. По оценкам специалистов ущерб от «перебоя» электрической энергии в течение одного часа в таких сферах, как финансы (брокерские операции, продажа кредитных карточек), медиа-услуги, исчисляются сотнями тысяч долларов.^[6][7]

Свойства инверторов

• Инверторы напряжения позволяют устранить или по крайней мере ослабить зависимость работы информационных систем от качества сетей переменного тока.

Например, в персональных компьютерах, информационных центрах на базе ПК при внезапном отказе сети с помощью резервной аккумуляторной батареи и инвертора можно обеспечить работу компьютеров для корректного завершения решаемых задач.

В более сложных ответственных системах инверторные устройства могут работать в длительном контролируемом режиме параллельно с сетью или независимо от нее.^[8][9]

• Кроме «самостоятельных» приложений, где инвертор выступает в качестве источника питания потребителей переменного тока, широкое развитие получили технологии преобразования энергии, где инвертор является промежуточным звеном в цепочке преобразователей.

Принципиальной особенностью инверторов напряжения для таких приложений является высокая частота преобразования (десятки-сотни килогерц). Для эффективного преобразования энергии на высокой частоте требуется более совершенная элементарная база (полупроводниковые ключи, магнитные материалы, специализированные контроллеры).

• Как и любое другое силовое устройство, инвертор должен иметь высокий КПД, обладать высокой надежностью и иметь приемлемые массо-габаритные характеристики.^[10][11]

Кроме того, ИН длжен иметь допустимый уровень высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения (допустимое значение коэффициентов гармоник) и не создавать при работе недопустимый для других потребителей уровень пульсации на зажимах источника энергии.

Работа инвертора

Работа инвертора напряжения (ИН) основана на переключении источника постоянного напряжения с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения «задается» сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

1. регулирование напряжения;
2. синхронизация частоты переключения ключей;
3. защитой их от перегрузок; и др.

Методы технической реализации инверторов и особенности их работы

1. Ключи инвертора должны быть управляемыми (включаются и выключаются по сигналу управления), а также обладать свойством двухсторонней проводимости тока.^[12] Как правило такие ключи получают шунтированием транзисторов обратными диодами. Исключение составляют полевые транзисторы, в которых такой диод является внутренним элементом его полупроводниковой структуры.
2. Регулирование выходного напряжения инверторов достигается изменением площади импульса полуволны. Наиболее простое регулирование достигается регулирование длительности (шины) импульса полуволны. Такой способ является простейшим вариантом метода широтно-импульсной модуляции сигналов (ШИМ).
3. Нарушение симметрии полуволн выходного напряжения порождает побочные продукты преобразования с частотой ниже основной, включая возможность появления постоянной составляющей напряжения, недопустимой для цепей, содержащих трансформаторы.
4. Для получения управляемых режимов работы инвертора, ключи инвертора и алгоритм управления ключами должны обеспечить последовательную смену структур силовой цепи, называемых прямой, коротко замкнутой и инверсной.
5. Мгновенная мощность потребителя пульсирует с удвоенной частотой. Первичный источник питания должен допускать работу с пульсирующими и даже изменяющими знак токами потребления. Переменные составляющие первичного тока определяют уровень помех на зажимах источника питания.

Типовые схемы инверторов напряжения

Существуют большое число вариантов построения схем инверторов.^[13][14] Исторически первыми были механические инверторы, которые в эпоху развития полупроводниковых технологий заменили более технологичные инверторы на базе полупроводниковых элементов, и цифровые инверторы напряжения. Но все же, как правило, выделяют три основные схемы инверторов напряжения:

• Мостовой ИН без трансформатора

Мостовой ИН без трансформатора

Область применения: устройства бесперебойного питания мощностью более 500 ВА, установки с высоким значением энергии (220..360 В).

• С нулевым выводом трансформатора

Инвертор напряжения с нулевым выводом трансформатора

Область применения: Устройства бесперебойного питания компьютеров мощностью (250.. 500 ВА), при низком значении напряжения (12..24 В), преобразователи напряжения для подвижных систем радиосвязи.

• Мостовая схема с трансформатором

Мостовой инвертор напряжения с трансформатором

Область применения: Устройства бесперебойного питания ответственных потребителей с широким диапазоном мощностей: единицы — десятки кВА.^[15]

Принцип построения инверторов

• Инверторы с прямоугольной формой выходного напряжения

Преобразование постоянного напряжения первичного источника в переменное достигается с помощью группы ключей, периодически коммутируемых таким образом, чтобы получить знакопеременное напряжение на зажимах нагрузки и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи реактивной энергии. В таких режимах гарантируется пропорциональность выходного напряжения. В зависимости от конструктивного исполнения модуля переключения (модуля силовых ключей инвертора) и алгоритма формирования управляющих воздействий, таким фактором могут быть относительная длительность импульсов управления ключами или фазовый сдвиг сигналов управления противофазных групп ключей. В случае неконтролируемых режимов циркуляции реактивной энергии реакция потребителя с реактивными составляющими нагрузки влияет на форму напряжения и его выходную величину.^[16][17]

• Инверторы напряжения со ступенчатой формой кривой выходного напряжения

Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования формируются однополярные ступенчатые кривые напряжения, приближающиеся по форме к однополярной синусоидальной кривой с периодом, равным половине периода изменения выходного напряжения инвертора. Затем с помощью, как правило, мостового инвертора однополярные ступенчатые кривые напряжения преобразуются в разнополярную кривую выходного напряжения инвертора.

• Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения

Принцип построения такого инвертора заключается в том, что при помощи предварительного высокочастотного преобразования получают напряжение постоянного тока, значение которого близко к амплитудному значению синусоидального выходного напряжения инвертора. Затем это напряжение постоянного тока с помощью, как правило, мостового инвертора преобразуется в переменное напряжение по форме, близкое к синусоидальному, за счет применении соответствующих принципов управления транзисторами этого мостового инвертора (принципы так называемой «многократной широтно-импульсной модуляции»).^[18][19] Идея этой «многократной» ШИМ заключается в том, что на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора соответствующая пара транзисторов мостового инвертора коммутируется на высокой частоте (многократно) при широтно-импульсном управлении. Причем длительность этих высокочастотных импульсов коммутации изменяется по синусоидальному закону . Затем с помощью высокочастотного фильтра нижних частот выделяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора.^[16]

• Инверторы напряжения с самовозбуждением

Инверторы с самовозбуждением (автогенераторы) относятся к числу простейших устройств преобразования энергии постоянного тока. Относительная простота технических решений или достаточно высокой энергетической эффективности привело к их широкому применению в маломощных источниках питания в системах промышленной автоматики и генерировании сигналов прямоугольной формы, особенно в тех приложениях, где отсутствует необходимость в управлении процессом передачи энергии. В этих инверторах используется положительная обратная связь, обеспечивающая их работу в режиме устойчивых автоколебаний, а переключение транзисторов осуществляется за счет насыщения материала магнитопровода трансформатора.^[20][21] В связи со способом переключения транзисторов, с помощью насыщения материала магнитопровода трансформатора, выделяют недостаток схем инверторов, а именно низкий КПД, что объясняется большими потерями в транзисторах. Поэтому такие инверторы применяются при частотах не более 10 кГц и выходной мощности до 10 Вт. При существенных перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке в любом из инверторов с самовозбуждением происходит срыв автоколебаний (все транзисторы переходят в закрытое состояние).

Примечания

1. ↑ Luo, Fang Lin & Ye, Hong (2004), «Advanced DC/DC Converters», CRC Press, ISBN 0-8493-1956-0 
2. ↑ Luo, Fang Lin; Ye, Hong & Rashid, Muhammad H. (2005), «Power Digital Power Electronics and Applications», Elsevier, ISBN 0-12-088757-6 
3. ↑ Pressman 1998, p. 306
4. ↑ DC Power Production, Delivery and Utilization, An EPRI White Paper (PDF). Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. Page 9 080317 mydocs.epri.com
5. ↑ DC-DC CONVERTERS: A PRIMER. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. 090112 jaycar.com.au Page 4
6. ↑ Electrical Power Quality and Utilisation, Journal Vol. XV, No. 2, 2009: Estimation of Optimum Value of Y-Capacitor for Reducing Emi in Switch Mode Power Supplies
7. ↑ High-efficiency power supplies for home computers and servers. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
8. ↑ Maniktala, Sanjaya (2007), «Troubleshooting Switching Power Converters: A Hands-on Guide», Newnes/Elsevier, ISBN 0-7506-8421-6 
9. ↑ Nelson, Carl (1986), «LT1070 design Manual», vol. AN19 publisher= Linear Technology, <http://www.linear.com/docs/4176>  Application Note giving an extensive introduction in Buck, Boost, CUK, Inverter applications. (download as PDF from http://www.linear.com/designtools/app_notes.php)
10. ↑ Irving, Brian T. & Jovanović, Milan M. (2002), «Analysis and Design of Self-Oscillating Flyback Converter», Proc. IEEE Applied Power Electronics Conf. (APEC), сс. 897–903, <http://www.deltartp.com/dpel/dpelconferencepapers/S19P6.pdf>. Проверено 30 сентября 2009. 
11. ↑ Energy Savings Opportunity by Increasing Power Supply Efficiency. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
12. ↑ Foutz, Jerrold. Switching-Mode Power Supply Design Tutorial Introduction. Проверено 6 октября 2008.
13. ↑ Switching Regulators for Poets
14. ↑ Переводчик Google
15. ↑ http://www.compeljournal.ru/images/articles/2009_15_6.pdf
16. ↑ ^{1 2} MIT open-courseware, Power Electronics, Spring 2007
17. ↑ Switch Mode Power Supplies
18. ↑ Pressman, Abraham I.; Billings, Keith & Morey, Taylor (2009), «Switching Power Supply Design» (Third ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-148272-5 
19. ↑ Rashid, Muhammad H. (2003), «Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications», Prentice Hall, ISBN 0-13-122815-3 
20. ↑ Basso, Christophe (2008), «Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs», McGraw-Hill, ISBN 0-07-150858-9 
21. ↑ Erickson, Robert W. & Maksimovic, Dragan (2001), «Fundamentals of Power Electronics» (Second ed.), ISBN 0-7923-7270-0 

См. также

Литература

• Бушуев В.М., Деминский В. А., Захаров Л.Ф., Козляев Ю.Д., Колканов М.Ф. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. — М.: Горячая линия — Телеком, 2009. — 384 с. — ISBN 978-5-9912-0077-6

• Китаев В.Е., Бокуняев А. А., Колканов М.Ф. Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975. — 328 с.
• Ирвинг М., Готтлиб Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы.. — 2-е изд. — М.: Постмаркет, 2002. — 544 с. — ISBN 5-901095-05-7
• Раймонд Мэк Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению. — М.: Додэка-ΧΧΙ, 2008. — 272 с. — ISBN 978-5-94120-172-3
• Угрюмов Е. П. Теория и практика эволюционного моделирования. — 2-е изд. — СПб: БХВ-Петербург, 2005. — С. 800. — ISBN 5-94157-397-9
• Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с. — 60 000 экз.
• Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3

Ссылки