Apa itu inverter tegangan, cara kerjanya, kegunaan inverter

Catu daya elektronik khusus yang disebut inverter digunakan untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik. Paling sering, inverter mengubah tegangan DC satu besaran menjadi tegangan AC dengan besaran lain.

Oleh karena itu, inverter adalah generator tegangan yang berubah secara berkala, sedangkan bentuk gelombang tegangan dapat berupa sinusoidal, mendekati sinusoidal, atau berdenyut... Inverter digunakan baik sebagai perangkat independen maupun sebagai bagian dari sistem catu daya tak terputus (UPS).

Sebagai bagian dari sumber daya tak terputus (UPS), inverter memungkinkan, misalnya, menerima daya terus menerus ke sistem komputer, dan jika tegangan tiba-tiba menghilang di jaringan, inverter akan segera mulai memasok komputer dengan energi yang diperoleh dari baterai cadangan. Setidaknya pengguna akan punya waktu untuk mematikan dan mematikan komputer.

Catu daya tak terputus yang lebih besar menggunakan inverter yang lebih kuat dengan baterai berkapasitas besar yang dapat secara mandiri memberi daya kepada konsumen selama berjam-jam terlepas dari jaringannya, dan ketika jaringan kembali normal, UPS akan secara otomatis mengalihkan konsumen langsung ke listrik dan baterai akan mulai mengisi daya.

Sisi teknis

Dalam teknologi konversi listrik modern, inverter hanya dapat berperan sebagai unit perantara, dimana fungsinya untuk mengubah tegangan melalui transformasi frekuensi tinggi (puluhan dan ratusan kilohertz). Untungnya, saat ini masalah ini dapat dengan mudah diselesaikan, karena untuk pengembangan dan desain inverter, tersedia sakelar semikonduktor yang mampu menahan arus ratusan ampere, inti magnet dengan parameter yang diperlukan, dan mikrokontroler elektronik yang dirancang khusus untuk inverter (termasuk resonansi).

Persyaratan untuk inverter, serta perangkat daya lainnya, meliputi: efisiensi tinggi, keandalan, dimensi dan berat sekecil mungkin. Inverter juga harus menahan tingkat harmonik yang lebih tinggi yang diizinkan pada tegangan input dan tidak menimbulkan kebisingan impuls yang terlalu keras bagi pengguna.

Dalam sistem dengan sumber listrik "hijau" (panel surya, kincir angin) untuk memasok listrik langsung ke jaringan umum, inverter Grid-tie digunakan, yang dapat bekerja secara sinkron dengan jaringan industri.

Selama pengoperasian inverter tegangan, sumber tegangan konstan dihubungkan secara berkala ke sirkuit beban dengan polaritas variabel, sedangkan frekuensi koneksi dan durasinya dibentuk oleh sinyal kontrol yang berasal dari pengontrol.

Pengontrol dalam inverter biasanya melakukan beberapa fungsi: mengatur tegangan keluaran, menyinkronkan pengoperasian sakelar semikonduktor, melindungi sirkuit dari kelebihan beban. Secara umum, inverter dibagi menjadi: inverter yang berdiri sendiri (inverter arus dan tegangan) dan inverter dependen (digerakkan oleh jaringan, digerakkan oleh jaringan, dll.)

Sirkuit inverter

Sakelar semikonduktor inverter dikendalikan oleh pengontrol dan memiliki dioda shunt terbalik. Tegangan keluaran inverter, tergantung pada daya beban saat ini, disesuaikan dengan mengubah lebar pulsa secara otomatis pada konverter frekuensi tinggi, dalam kasus yang paling sederhana PWM (Modulasi Lebar Pulsa).

Setengah gelombang dari tegangan frekuensi rendah keluaran harus simetris sehingga sirkuit beban tidak menerima komponen konstan yang signifikan (untuk transformator ini sangat berbahaya), untuk ini lebar pulsa blok LF (dalam kasus paling sederhana) dibuat konstan.

Dalam kontrol sakelar keluaran inverter, algoritme digunakan yang memastikan perubahan berurutan dalam struktur rangkaian daya: langsung, hubung singkat, mundur.

Dengan satu atau lain cara, nilai daya beban sesaat pada keluaran inverter memiliki karakter gelombang frekuensi ganda, oleh karena itu sumber utama harus mengizinkan mode operasi seperti itu ketika arus riak mengalir melaluinya, dan menahan tingkat interferensi yang sesuai (pada input inverter).

Jika inverter pertama hanya mekanis, saat ini ada banyak pilihan untuk rangkaian inverter semikonduktor dan hanya ada tiga skema tipikal: jembatan tanpa trafo, push dengan terminal nol trafo, jembatan dengan trafo.

Sirkuit jembatan tanpa transformator ditemukan pada catu daya tak terputus 500 VA dan inverter otomotif. Sirkuit geser dengan terminal netral transformator digunakan pada UPS daya rendah (untuk komputer) dengan kapasitas hingga 500 VA, di mana tegangan baterai cadangan adalah 12 atau 24 volt. Sirkuit jembatan dengan trafo digunakan dalam sumber catu daya tak terputus yang kuat (untuk unit dan puluhan kVA).

Bentuk gelombang tegangan keluaran

Dalam inverter tegangan persegi panjang, sekelompok sakelar dioda terbalik diaktifkan pada output sehingga menghasilkan tegangan bolak-balik melintasi beban dan menyediakan mode sirkulasi terkontrol di sirkuit. energi reaktif.

Berikut ini bertanggung jawab atas proporsionalitas tegangan keluaran: durasi relatif dari pulsa kontrol atau pergeseran fasa antara sinyal kontrol dari kelompok kunci. Dalam mode sirkulasi daya reaktif yang tidak terkendali, pengguna mempengaruhi bentuk dan besarnya tegangan keluaran inverter.

Dalam inverter tegangan dengan output berbentuk langkah, pra-konverter frekuensi tinggi membentuk kurva tegangan langkah unipolar, kira-kira mendekati bentuk gelombang sinus yang periodenya adalah setengah periode tegangan output. Sirkuit jembatan LF kemudian mengubah kurva langkah unipolar menjadi dua bagian dari kurva bipolar yang kira-kira menyerupai gelombang sinus.

Dalam inverter tegangan dengan bentuk keluaran sinusoidal (atau mendekati sinusoidal), pra-konverter frekuensi tinggi menghasilkan tegangan konstan yang mendekati amplitudo ke keluaran sinusoidal di masa mendatang.

Rangkaian jembatan kemudian membentuk variabel frekuensi rendah dari tegangan konstan, melalui beberapa PWM, ketika setiap pasangan transistor di setiap setengah siklus pembentukan gelombang sinus keluaran dibuka beberapa kali untuk waktu yang bervariasi sesuai dengan hukum harmonik. . Filter low-pass kemudian mengekstrak sinus dari bentuk gelombang yang dihasilkan.

Sirkuit pra-konversi HF dalam inverter

Sirkuit prakonversi frekuensi tinggi yang paling sederhana dalam inverter adalah pembangkit sendiri. Mereka cukup sederhana dalam hal implementasi teknis dan cukup efisien pada daya rendah (hingga 10-20 W) untuk memasok beban yang tidak penting untuk proses catu daya. Frekuensi osilator tidak lebih dari 10 kHz.

Umpan balik positif pada perangkat tersebut diperoleh dengan menjenuhkan sirkuit magnetik transformator. Tetapi untuk inverter yang kuat, skema seperti itu tidak dapat diterima, karena kerugian pada sakelar meningkat, dan efisiensinya pada akhirnya rendah.Juga, setiap korsleting pada keluaran mengganggu osilasi sendiri.

Sirkuit yang lebih baik dari konverter frekuensi tinggi awal adalah flyback (hingga 150 W), push-pull (hingga 500 W), setengah jembatan dan jembatan (lebih dari 500 W) dari pengontrol PWM, di mana frekuensi konversi mencapai ratusan dari kilohertz.

Jenis inverter, mode operasi

Inverter tegangan satu fase dibagi menjadi dua kelompok: dengan gelombang sinus murni pada keluaran dan dengan gelombang sinus yang dimodifikasi.Sebagian besar perangkat modern memungkinkan bentuk sinyal jaringan yang disederhanakan (gelombang sinus yang dimodifikasi).

Gelombang sinus murni penting untuk perangkat yang memiliki motor listrik atau trafo pada inputnya, atau jika itu adalah perangkat khusus yang hanya bekerja dengan gelombang sinus murni pada inputnya.

Inverter tiga fasa umumnya digunakan untuk menghasilkan arus tiga fasa untuk motor listrik, misalnya untuk catu daya motor asinkron tiga fase… Dalam hal ini, belitan motor terhubung langsung ke keluaran inverter. Dari segi daya, inverter dipilih berdasarkan nilai puncaknya bagi pengguna.

Secara umum, ada tiga mode operasi inverter: start, continuous dan overload. Dalam mode start-up (mengisi daya, menyalakan lemari es) daya dapat menggandakan peringkat inverter dalam sepersekian detik, ini dapat diterima untuk sebagian besar model. Mode berkelanjutan - sesuai dengan nilai pengenal inverter. Mode beban berlebih — saat daya pengguna 1,3 kali daya pengenal — dalam mode ini, rata-rata inverter dapat bekerja sekitar setengah jam.